Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Геоінформатика є частиною інформатики, яка має справу з просторовою (просторово-розподіленою, просторово-координованою) інформацією. У цілому геоінформатика тісно пов'язана з географічними інформаційними системами(геоінформаційними системами, ГЇС -Geographical Information Systems, GIS), оскільки основні теоретичні ідеї геоінформатики як науки реалізуються в сучасних ГІС на технічному і технологічному рівнях.
геоінформатика — це наука, технологія і прикладна діяльність, пов'язані зі збором, збереженням, обробкою, аналізом і відображенням просторових даних, а також із проектуванням, створенням і використанням географічних інформаційних систем.
Нижче наведено перелік основних задач, що вирішують сучасні геоінформаційні системи:
1. Обробка матеріалів польових вимірювань та спостережень, оформлення їх у вигляді карт та схем.
2. Зберігання картографічних даних різних типів.
3. Відображення окремих картографічних даних та різних комбінацій даних.
4. Підготовка карт різних типів до друку.
5. Пошук даних за їх положенням, атрибутами, розташуванням відносно заданного об'єкту чи групи об'єктів.
6. Аналіз місцезнаходження об'єктів, топологічних відношень, наявності та щільності розподілу об'єктів.
7. Аналіз атрибутів об'єктів карт, класифікація даних.
8. Аналіз та відображення змін даних у часі.
9. Робота з різними типам баз даних по пошуку та виборці інформації, пов'язаної з певною територією чи об'єктами, формування звітів.
10. Побудова графових структур, мережевий аналіз, вирішення транспортних задач.
11. Моделювання рельєфу, місцевості, розвитку певних подій на місцевості.
12. Оформлення результатів аналізу даних у вигляді різних типів карт, картограм, діаграм, мультиплікацій.
13. Вирішення задач проектування об'єктів та територій.
14. Обмін даними з іншими ГІС та інформаційними системами.
(еще есть в конспекте!!!)
2.Загальна геоінформатика досліджує і розробляє наукові основи, концепції, займається теоретичними узагальненнями геоінформатики та геоінформаційних систем безвідносно до сфери їхнього застосування.
Прикладна геоінформатика вивчає практичні методи роботи з геоінформаційними системами й геоінформаційними технологіями. Саме в ній вивчають спеціальні системи обробки просторово-часових даних, що називають географічними інформаційними системами (ГІС).
Спеціальна геоінформатика — основа для додаткового аналізу систем і методів обробки просторовочасових даних, оцінки їхньої якості.(еще есть в конспекте!!!)
3.Геоінформаційні системи (ГІС) - це інформаційні системи, призначені для збирання, зберігання, аналізу та візуалізації (видачі) просторових данних. Наука та виробнича діяльність, пов'язані з науковим обгрунтуванням, проектуванням, створенням, експлуатацією та використанням інформаційних систем, називають геоінформатикою.
(ГІС) - це інтегрована сукупність апаратних, програмних і інформаційних засобів, що забезпечують введення, збереження, обробку, маніпулювання, аналіз і відображення (представлення) просторово-координованих даних. (еще есть в конспекте!!!)
4. ГІС та картографія
У картографії протягом попередніх віків постійно нагромаджувалася інформація та знання про земну поверхню. В XX столітті створення комп’ютера кардинально змінило та розширило можливості застосування карт. Цифрове представлення просторових даних отримало назву - ГІС (Географічні інформаційні системи).
Геоінформаційні системи (ГІС) – це системи управління базами даних для роботи з територіально-орієнтованою інформацією.
Однією з особливостей ГІС є здатність зв’язувати картографічні об’єкти (що мають форму та місцезнаходження) з описовою та атрибутивною інформацією щодо цих об’єктів. В стандартній ситуації кожному картографічному об’єкту відповідає запис в базі даних з атрибутивною інформацією.
І тепер на даному етапі картографія практично не може існувати без географічних інформаційних систем .
Електронна топографічна основа (карта чи план) мають значні переваги над картографічними матеріалами на паперових носіях. Електронну карту легко редагувати, поповнювати новими картографічними даними, переносити картографічну інформацію на інші плани та карти.
Крім того, на відміну від паперових картографічних матеріалів, електронні з часом не втрачають якості - не деформуються, не зношуються тощо.
Маючи таку систему можна, приміром, швидко знайти об'єкт із заданими властивостями, швидко переглянути на карті всі об'єкти за певними критеріями відбору, побудувати тематичну карту, яка наглядно відображатиме потрібну інформацію чи змоделювати зміни території під впливом різних чинників (побудувати віртуальну дорогу, супермаркет чи спрогнозувати повінь).
5. Функції ГІС
ГІС- це система апаратно-програмних засобів та алгоритмічних процедур, що зроблена для цифрової підтримки, поповнення маніпулювання, аналізу, математико-картографічного моделювання та образного відображення темперально-графічного координованих даних.
Технології ГІС дозволяють інтерпретувати просторово скоординовану інформацію, пов’язану з конкретною територією для цілей землевпорядного проектування. Також широке застосування у землевпорядному виробництві новітніх інформаційних технологій, в першу чергу, технологій ГІС, сучасних технологій зйомочних робіт, включають методи дистанційного зондування землі(аеро і космічних зйомок). Для землевпорядних досліджень з використанням ГІС мають значення апаратно-програмні комплекси, які забезпечують збір, збереження, обробку, відображення і розповсюдження просторово-скоординованих даних і знань, пов’язаних з конкретною територією, для ефективного використання при вирішенні наукових і практичних завдань, аналізі, моделюванні, прогнозуванні та управлінні виробництвом та довкіллі.
Метою впровадження ГІС в землеустрої є створення інформаційної бази для ведення ДЗК, регулювання земельних відносин, раціонального використання та охорони земельних ресурсів, оподаткування. Земельний кадастр є багатоцільовою реєстраційно-інформаційною системою збору, обробки, систематизації, збереження, узагальнення, поновлення і надання відомостей та документів про правовий режим, природній і господарський стан земельних ділянок з розміщеними на них об’єктами нерухомості, а також про юр та фіз. осіб, їх права власності права користування землею та договорів на оренду землі.
Функції ГІС в кадастрі наступні:
Ведення земельного кадастру: пошук об’єктів обліку; видача посвідчень про право власності на земельну ділянку й додатків на нього; друк виписок з форм держреєстрації; формування і друк статистичних звітів; експорт даних до держаної податкової інспекції; графічне представлення плану ділянки.
Сучасні роботи із територіального планування, землеустрою, кадастру, оцінки стану агроресурсів неодмінно передбачають використання геоінформаційних систем (ГІС)
Необхідно відзначити наступні особливості застосування ГІС у цій області:
Це чаcто призводить до ситуації, коли картографічні матеріали, складені за допомогою різного програмного забезпечення, неможливо зіставити.
7. Класифікація гіс
За функціональними можливостями:
Настільний ГІС- мають в порівнянні і використовуються для вирішення прикладних наукових завдань оперативного управління і планування.
Професійний ГІС- націлений на обробку великих масивів інформації на високопродуктивних комп'ютерах і обчислювальних мереж і призначений для серйозних наукових досліджень керівництва цілими галузями або крупними територіями.
За способом представлення даних:
8. Введення даних в ГІС
Введення даних є обов'язковою операцією, необхідною для функціонування ГІС. Для різних типів даних розроблені спеціальні технології введення, що відповідають функціональним можливостям, включеним до складу програмного ГІС-забезпечення, розроблені спеціалізовані периферійні пристрої.
Як вихідні матеріали, з яких виконується введення даних у ГІС, у наш час використовуються:
- топографічні карти;
- загальногеографічні карти різного тематичного змісту;
- архітектурні плани і плани землевпорядкування;
- дані дистанційного зондування Землі (ДЗЗ);
- матеріали польової інструментальної зйомки;
- стандартні статистичні звітні форми в паперовому й електронному поданні;
- текстові джерела, фотографії й ілюстрації;
- рукописні карти і тексти.
Залежно від типу джерел вхідних даних застосовуються різні технології введення даних. У першу чергу розділяються методи введення просторових і атрибутивних даних, для чого розроблені різні види графічних і табличних редакторів. Залежно від виду і якості вхідних матеріалів можуть використовуватися методи ручного або автоматизованого введення.
Основний вплив на вибір джерел даних і технологію їхнього введення чинить сфера застосування оброблюваної в ГІС інформації. Залежно від цілей роботи розрізняються вимоги до просторової і семантичної точності вхідних даних, часу їх збирання (створення), методів попередньої підготовки і формалізації даних. Наприклад, вхідні дані, придатні для створення електронного або паперового атласу адміністративної області, не можуть без додаткової підготовки використовуватися для створення системи земельного кадастру, де вимоги до точності вимірювання довжин і площ об'єктів у кілька разів вищі. Для систем, що моделюють природні або суспільні процеси, також необхідні особливо підготовлені й описані блоки даних, отриманих як зі стародавніх рукописних текстів, так і за допомогою найсучасніших систем збору інформації з космосу. На технологію збору і введення даних також впливають методи подальшого аналізу і подання підсумкової інформації.
Введення даних, незважаючи на впровадження автоматизованих технологій, як і раніше, залишається найбільш складною і трудомісткою операцією при створенні і функціонуванні ГІС. Найбільш часто використовуються технології сканування паперових картографічних матеріалів, геометрична корекція сканованого зображення для усунення просторових похибок, цифрування паперових або сканованих карт із використанням ручної або напівавтоматизованої технології розпізнавання картографічних об'єктів.
За оцінками різних експертів, вартість введення даних може досягати 80% вартості всього ГІС-проекту, включаючи вартість апаратних засобів і зарплати висококваліфікованого персоналу. Помилки і пропуски, допущені при введенні даних, можуть призвести до перекручування інформації на наступних етапах її обробки і цілком знецінити кінцевий результат. Тому перед введенням даних виконується оцінка інформаційних потреб системи на всіх етапах її функціонування, підбираються джерела даних, улаштовується перелік інформаційних об'єктів, створюються їх докладні формалізовані описи, розробляється план послідовного цифрування. Обов'язковим елементом введення даних є вибірковий або повний контроль точності і повноти введення.
9 Апаратне забезпечення ГІС
Геоінформаційні системи базуються на певному наборі технічного обладнання, основними функціями якого є забезпечення роботи програмних ГІС-продуктів і допоміжних програм, збереження масивів цифрових даних, забезпечення збору і введення даних, представлення готової інформації. Комплекс електронних і електронно-механічних пристроїв, призначений для технічної підтримки працездатності ГІС, називається апаратним забезпеченням ГІС.Апаратне забезпечення (синоніми — апаратні засоби, апаратура, технічні засоби, hardware) — технічне устаткування геоінформаційної системи, що містить власне комп'ютер і інші механічні, магнітні, електричні, електронні й оптичні периферійні пристрої чи аналогічні прилади, що працюють у складі апаратного комплексу або автономно, а також будь-які пристрої, необхідні для функціонування геоінформаційної системи (наприклад, GPS-апаратура, електронні картографічні прилади і геодезичні прилади). Загальна організація взаємозв'язку елементів апаратного забезпечення геоінформаційної системи називається архітектурою, сукупність функціональних частин — конфігурацією системи. У наш час різними фірмами виробляються тисячі моделей різних комп'ютерів і периферійних пристроїв, кількість комплектуючих вузлів і деталей обчислюється десятками і сотнями тисяч. При плануванні архітектури ГІС і виборі конфігурації апаратного забезпечення слід орієнтуватися на характер розв'язуваних завдань, вимоги програмного забезпечення, методи обробки й обсяги даних, що циркулюють у системі даних.
Залежно від призначення і масштабу ГІС апаратне забезпечення може мати різні функціональні групи пристроїв. Для простих настільних ГІС кінцевого користувача досить звичайногоофісного комп'ютера з принтером, багатофункціональні корпоративні ГІС можуть налічувати десятки робочих місць з різними периферійними пристроями, об'єднаних у єдину обчислювальну мережу з керованим доступом. Для виконання деяких технологічних операцій введення чи представлення даних у середовищі ГІС розробляються унікальні апаратні пристрої вартістю в десятки і сотні тисяч доларів США.
У той самий час основна частина бюджетних ГІС-проектів орієнтована на використання стандартних комп'ютерів і периферійних пристроїв. У зв'язку з особливостями організаційної структури ГІС апаратне забезпечення прийнято поділяти на три основні групи:
1) пристрої обробки і збереження даних (власне комп'ютери);
2) пристрої збору і введення даних;
3) пристрої візуалізації і представлення даних.
Від організації взаємодії і технічних характеристик різних пристроїв залежить ефективність роботи геоінформаційної системи в цілому. Узагалі ГІС характеризуються підвищеними вимогами до технічних характеристик комплектуючих вузлів комп'ютерів і периферійних пристроїв. Зокрема, спеціальні вимоги висувають до апаратної підсистеми збору і введення просторових даних, у якій використовуються спеціалізовані прилади. Особливі вимоги також висуваються до підсистеми виведення даних — необхідність друку великоформатних повнокольорових карт зумовила необхідність створення спеціального класу друкувальних периферійних пристроїв.
10. Відмінність ГІС від інших інформаційних систем
На сьогодні існує велика кількість визначень географічних інформаційних систем, що мають багато спільного і відмінного, характеризуючись, до того ж, різним ступенем повноти. Огляд наявних визначень наведений, зокрема, у роботах (Тикунов, 1991; Кошкарев, Тикунов, 1993; Светличный и др., 1997). За найбільш характерними з них, географічні інформаційні системи — це:
- інформаційна система, що може забезпечити введення, маніпулювання й аналіз географічно визначених даних для підтримки прийняття рішень (Vitec et al., 1984);
- реалізоване за допомогою автоматизованих засобів (ЕОМ) сховище системи знань про територіальний аспект взаємодії природи і суспільства, а також програмного забезпечення, що моделює функції пошуку, введення, моделювання та ін. (Трофимов, Панасюк, 1984); - набір засобів для збору, збереження, пошуку, трансформації і відображення даних про навколишній світ з певною метою (Burrough, 1986);
- інформаційна система, призначена для роботи з просторовими, чи географічними, координатами (Star, Estes, 1990);
- апаратно-програмний людино-машинний комплекс, що забезпечує збір, обробку, відображення і поширення просторово-координованих даних, інтеграцію даних і знань про територію для ефективного використання при рішенні наукових і прикладних географічних завдань, пов'язаних з інвентаризацією, аналізом, моделюванням, прогнозуванням і керуванням навколишнім середовищем і територіальною організацією суспільства (Кошкарев, 1991);
- сукупність апаратних, програмних засобів і процедур, призначених для забезпечення введення, керування, обробки, аналізу, моделювання і відображення просторово-координованих даних для вирішення складних проблем планування і керування (Core Curriculum..., 1991);
- науково-технічні комплекси автоматизованого збору, систематизації, переробки і представлення (видачі) геоінформації в новій якості з умовою одержання знань про досліджувані просторові системи (Сербенюк, 1990);
- сукупність апаратно-програмних засобів і алгоритмічних процедур, призначених для збору, введення, зберігання, математико-картографічного моделювання і образного представлення геопросторової інформації (Симонов, 1991);
- сукупність технічних, програмних і інформаційних засобів, що забезпечують введення, збереження, обробку, математико-картографічне моделювання й образне інтегроване представлення географічних і співвіднесених з ними атрибутивних даних для вирішення проблем територіального планування і керування (Отраслевой стандарт.., 1997);
- інформаційна система, що забезпечує збір, зберігання, обробку, доступ, відображення і поширення просторово-координованих (просторових) даних (Баранов и др., 1997).
Відзначимо насамперед те спільне, що характерне практично для всіх визначень ГІС. По-перше, ГІС — це інформаційна система, тобто «система обробки даних, що має засоби накопичення, збереження, відновлення, пошуку і видачі даних» (Словарь по кибернетике, 1989, с. 242). По-друге, ця інформаційна система належить до категорії автоматизованих інформаційних систем, «що використовують ЕОМ на всіх етапах обробки інформації» (там само, с. 18). Електронно-обчислювальна машина (комп'ютер) є неодмінним атрибутом і основою геоінформаційної технології. По-третє, ця інформаційна система надає можливості маніпулювання і обробки просторової (просторово-розподіленої, просторово-координованої) інформації.
Відмінною рисою географічних інформаційних систем є наявність у їхньому складі специфічних методів аналізу просторових даних, що в сукупності із засобами введення, збереження, маніпулювання і представлення просторово-координованої інформації і складають основу технології географічних інформаційних систем, чи ГІС-технології. Саме наявність сукупності здатних генерувати нове знання специфічних методів аналізу з використанням як просторових, так і непросторових атрибутів і визначає головну відмінність ГІС-технології від технологій, наприклад, автоматизованого картографування чи систем автоматизованого проектування (САПР/CAD). Ця риса геоінформаційних систем у тому чи іншому вигляді простежується в багатьох визначеннях ГІС. Зокрема, у визначенні С.М. Сербенюка говориться про здатність ГІС «представляти геоінформацію в новій якості за умови одержання знань про досліджувані просторові системи» (Сербенюк, 1990, с 19). Здатність географічних інформаційних систем виконувати «трансформацію», «аналіз», «моделювання» просторових даних у загальному випадку не характерна для інших інформаційних систем, і це, як правило, проявляється в існуючих визначеннях.
Слід звернути увагу на те, що визначення «географічна» у назві географічних інформаційних систем насправді є синонімом просторовості інформації. На це, зокрема, безпосередньо вказується в багатьох визначеннях ГІС (наприклад, у наведених вище визначеннях Дж. Вітека та ін. (Vitec et al., 1984), Дж. Стара і Дж. Істеса (Star, Estes, 1990). Однак це ще з більшою очевидністю випливає з аналізу історії розвитку і сучасних галузей застосування ГІС-технології, що охоплюють крім географічних наук, кадастр, інженерні дослідження і проектування, транспорт, зв'язок, комерцію, державне управління та ін. Проте відомі спроби виділення «чисто» географічних інформаційних систем з погляду професійно-географічної спрямованості (Линник, 1990; Сербенюк, 1990; Тикунов, 1991; Кошкарев, Тикунов, 1993). Необхідним і достатнім критерієм виділення «чисто» географічних інформаційних систем, на думку B.C. Тикунова (Тикунов, 1991), є проблемна орієнтація системи, тобто те, для яких цілей вона призначається і використовується і якого типу задачі розв'язує. «У географії ГІС переробляють географічні потоки, що формуються в межах географічної оболонки і являють собою інформаційне відображення системи об'єктів географічного вивчення» (Тикунов, 1991, с 19).
Таким чином, ГІС — це інформаційні системи, які від інших інформаційних систем відрізняються тим, що це, по-перше, автоматизовані інформаційні системи, орієнтовані на використання можливостей ЕОМ, по-друге, вони призначені для роботи з просторово-координованою інформацією, і, по-третє, ГІС здатні продукувати нове знання на основі використання досить широкого спектра аналітичних методів і процедур.
Будь-яка географічна інформаційна система складається з апаратного комплексу, програмного комплексу і інформаційного блока. У той самий час будь-яка геоінформаційна система забезпечує функції підтримки аналізу просторових даних. Процедури просторового аналізу і моделювання в ГІС реалізовані програмними засобами, тобто їх виконання є однією з функцій програмного комплексу ГІС. Однак з огляду на надзвичайно важливу роль аналітичних можливостей ГІС у виконанні ними їх функцій, а також широкий, але досить чітко обкреслений арсенал цих можливостей, уявляється доцільним виділення, принаймні при вивченні основ ГІС-технології, блока аналізу як четвертого обов'язкового компонента геоінформаційних систем. Цілком виправданим, на наш погляд, є включення до складу компонентів ГІС і людей — розробників і користувачів, без яких неможливе існування останніх компонентів як системи.
11. Історія розвитку ГІС
В історії розвитку ГІС виділяють 4 етапи:
Розвиток крупних геоінформаційних проектів, що фінансуються державою, формування державних інститутів в області геоінформатики, зниження ролі їх впливу окремих дослідників і невеликих груп.
12. Види інформації в ГІС. Пошарова (полементна) структура даних в ГІС
ГІС – система апаратно – програмних засобів та алгоритмічних процедур, яка створена для цифрової підтримки поповнення, маніпулювання, аналізу математико- картографічного моделювання та образного відображення просторово – координованих даних.
Інформація – 1)простова; 2) атрибутивна
Просторова (картографічна) інформація є основою інформаційного блока ГІС, тому способи її формалізації є найважливішою складовою частиною технології географічних інформаційних систем.
Просторова інформація ГІС містить метричну частину, що описує позиційні властивості об'єктів, а також пов'язані з нею змістовні (семантичні, тематичні) атрибути, чи просто - «атрибути», як їх прийнято називати в англомовній науковій літературі.
Сучасні технології введення просторових даних у комп'ютер, їх інтерпретації і збереження передбачають поелементний поділ змісту існуючих карт. Для введення, наприклад, топографічної карти необхідно здійснити її поділ на шари («теми») однорідної
інформації, що містять дані про рельєф, гідрографічну мережу, населені пункти, дорожну мережу, адміністративні межі та ін. Банки картографічних даних у ГІС, таким чином, містять однорідні шари інформації, що, однак, можуть поєднуватися засобами ГІС один з одним у різному співвідношенні відповідно до вимог розв'язуваних завдань. З урахуванням того, що банк картографічних даних у ГІС може містити сотні шарів однорідної просторової інформації, це відкриває широкі можливості для побудови первинних оригіналів поелементних карт на основі шарів однорідних картографічних даних, що зберігаються в комп'ютері.
До атрибутивної відносять ту інформацію, яка або не має просторового прив'язування, або характеризує просторові об'єкти без зазначення місця їх розміщення. Наприклад, порядкові номери просторових об'єктів, їх на власні імена, числові кількісні або якісні значення. Блок атрибутивної інформації, прив'язаної до будь-якого просторового об'єкта, може містити від одного до багатьох сотень окремих атрибутивних значень різного типу, що характеризують різні параметри цього об'єкта.
Для використання в середовищі ГІС атрибутивна інформація підлягає систематизації, структуризації і формалізації, що дозволяє використовувати для подальшого її введення й обробки різні засоби автоматизованого пошуку, обчислень і візуалізації. Для кожного типу просторових об'єктів вибирається набір атрибутів, що дозволяють ідентифікувати конкретний тип об'єкта серед інших і з максимальною повнотою описати його властивості. Після визначення списку атрибутів вибираються методи їхньої формалізації.
Одним із найбільш поширених атрибутів просторових об'єктів є їхні власні назви - назви населених пунктів, адміністративних одиниць, ділянок рельєфу, рік, водойм, природних урочищ, об'єктів господарювання та ін. Такий тип атрибута ідентифікує об'єкт, виокремлює його серед інших однотипних об'єктів, дозволяє звернутися саме до цього об'єкта. Такий спосіб опису атрибута об'єкта називається номінальним - об'єкт просто одержує своє окреме ім'я, він рівнозначний у списку таких самих об'єктів. До цих атрибутів можна віднести: «м. Одеса».
Атрибути, що показують місце розміщення об'єкта серед інших аналогічних об'єктів, їхню взаємну ієрархію, пріоритет, називаються порядковими атрибутами. Таким способом описується ієрархія: ділянок дорожньої мережі. Для кількісних - використовуються розімкнені або замкнені числові шкали.
13. Представлення даних в ГІС
Просторова (картографічна) інформація є основою інформаційного блока ГІС, тому способи її формалізації є найважливішою складовою частиною технології географічних інформаційних систем.
Просторова інформація ГІС містить метричну частину, що описує позиційні властивості об'єктів, а також пов'язані з нею змістовні (семантичні, тематичні) атрибути, чи просто - «атрибути», як їх прийнято називати в англомовній науковій літературі.
Дані про об’єкти в ГІС представлені в двох видах: 1) табличному; 2) у вигляді картинки – (растр і вектор).
Модель представлення даних – спосіб цифрового опису просторових об’єктів, типу структури просторових даних.
Просторові дані вводяться і зберігаються в комп'ютері у формалізованому вигляді. У наш час використовуються два основних способи формалізації просторових даних - растровий і векторний, відповідні двом принципово різним способам опису (моделям) просторових даних. У першому способі просторова інформація співвідноситься з комірками регулярної сітки як з елементами території (растрове подання), у другому - використовується система елементарних графічних об'єктів, положення яких у просторі визначається за допомогою координат (векторне подання). Вибір способу формалізації визначається багатьма факторами, серед яких: характер просторової інформації, джерело одержання даних, специфіка розв'язуваних завдань, ємність
вільної комп'ютерної пам'яті, швидкодія комп'ютера і деякі інші.
14. Векторні моделі представлення даних
Векторним способом подання просторових даних, або векторною моделлю, називають спосіб формалізації просторових даних, що ґрунтується на використанні набору елементарних графічних об'єктів, або «графічних примітивів».
В основу векторної моделі покладено точку {point) - первинний графічний елемент із координатами (х, у), місце розташування якого відоме з довільно заданою точністю. Дві точки з координатами (xv уг) і (х2, у2) формують другий графічний примітив, лінію (tine) - відрізок прямої, що з'єднує ці точки. Замкнута послідовність ліній відокремлює частину поверхні - полігон (polygon), - (простий – коли не містить внутрішніх полігонів; складовий – містить внутрішні полігони) який є третім з основних елементарних графічних об'єктів, або графічних примітивів, на яких базується векторна модель просторових даних.
Сукупність цих трьох елементарних графічних об'єктів - точки, лінії та полігону - цілком достатня для опису форми як лінійних, так і просторових картографічних об'єктів, які в цьому випадку кодуються як сукупність координат точок, що апроксимують форму лінійного об'єкта, наприклад, адміністративного кордону, русла ріки і т.п., або контуру (границі) територіального об'єкта, наприклад, території землекористування населеного пункту, басейну ріки і т.п. У базі даних у цьому випадку зберігається пооб'єктна інформація про координати точок введення . У структуру таблиць може бути введена атрибутивна інформація для об'єктів, що цифруються, а також інформація про графічне зображення об'єктів на карті.
15. Растрові моделі представлення даних
16. Порівняння векторних та растрових моделей даних
Представлення географічних об'єктів векторними моделями має наступні переваги:
Векторні моделі володіють наступними недоліками:
В порівнянні з векторними моделями растрові моделі володіють наступними недоліками:
Представлення географічних об'єктів растровими моделями має наступні переваги:
17.основними характеристиками растрового зображення є:
1. Роздільність
2. Глибина кольору
Термін «роздільчість» використовується для визначення кількості одиничних елементів для фіксованих значень довжини та ширини. Чим вище роздільчість, тим точніше растрова карта відтворює зображення і тим більша загальна кількість одиничних елементів та, відповідно, розмір файла, в якому зберігається зображення.
Потрібно розрізняти:
- роздільчість оригінала;
- роздільчість екранного зображення;
- роздільчість друкованого зображення.
Глибина кольору. Характеризує максимальне число кольорів, які використані у зображенні. Існує декілька типів зображень із різною глибиною кольору:
Роздільчість оригінала. Роздільчість електронного файла, яке задається в графічному редакторі, визначає розмір комірки растрової карти, що використовується для опису зображення, та вказується в dpi (крапок на дюйм).
Роздільчість екранного зображення. Для екранного зображення, елементарну точку растра називають пікселом. Розмір піксела коливається в залежності від вибраної екранної роздільчості, роздільчості оригіналу й масштабу відображення. Монітори можуть забезпечити роздільчість 640х480, 800х600, 1024х768, 1600х1200 і вище. Відстань між сусідніми точками люмінофора в якісному моніторі складає 0,22-0,25 мм. Для екранного зображення достатньо роздільчості 72 dpi.
Роздільчість друку вказується в lpi (line per inch - ліній на дюйм). Під лінією розуміють так званий поліграфічний растр. Його відмінність від звичайного растра в тому, що при друці для відтворення відтінків використовується прямокутна матриця з крапок, які друкуються принтером. Більш світлому відтінку відповідає меньша кількість комірок у матриці, більш темному - більша кількість. Розмір такої матриці може змінюватися, а відстань між комірками матриці фіксовано та залежить від роздільної здатності принтера. Отже, роздільчість принтера, роздільчість друку (lpi) та кількість відтінків, доступних для відтворення, пов’язані між собою.
Глибина кольору. Характеризує максимальне число кольорів, які використані у зображенні. Існує декілька типів зображень із різною глибиною кольору:
чорно-білі; у відтінках сірого; з індексованими кольорами; повноколірні; Чорно-білі зображення. На один піксел зображення відводиться 1 біт інформації — чорний та білий. Глибина кольору — 1 біт.
Зображення у відтінках сірого. Піксел сірого зображення кодується 8 бітами (1 байт). Глибина кольору — 8 біт, піксел може приймати 256 різних значень — від білого (255) до чорного (0 яскравості).
Зображення з індексованими кольорами. Перші кольорові монітори працювали з обмеженою колірною гамою (16, згодом 256 кольорів). Такі кольори називаються індексованими і кодуються 4 або 8 бітами у вигляді колірних таблиць. В такій таблиці всі кольори вже визначені і можна використовувати лише їх.
Повноколірні зображення. Глибина кольору не менше як 24 біти, що дає можливість відтворити понад 16 мільйонів відтінків. Повноколірні зображення називаються True Color (правдивий колір). Бітовий обсяг кожного піксела розподіляється за основними кольорами обраної колірної моделі, по 8 бітів на колір. Колірні складові організуються у вигляді каналів, спільне зображення каналів визначає колір зображення. Повноколірні зображення на відміну від вище розглянутих є багатоканальними і залежать від колірної моделі (RGB, CMY, CMYK, Lab, HBS), які різняться за глибиною кольорів і способом математичного опису кольорів.
Інтенсивність тону (світлота). Поділяється на 256 рівнів. Більше число градацій не сприймається людським оком і є надлишковим. Менша кількість погіршує сприйняття інформації (мінімальним є 150 рівнів). Для відтворення 256 рівнів тону достатньо мати розмір комірки растра 16х16 точок.
Переваги растрової графіки:
Недоліки растрової графіки:
18.Перетворення «растр-вектор» і «вектор-растр»
Растрові і векторні структури даних мають свої переваги і недоліки. До переваг растрових структур слід віднести злиття позиційної і семантичної атрибутик просторової інформації в єдиній прямокутній матриці; при цьому відпадає необхідність в особливих засобах збереження й обробки семантики просторових даних (як у векторних структурах), що значно спрощує аналітичні операції з растровими зображеннями, зокрема, оверлейний аналіз. Основними недоліками растрового подання є значна ємність машинної пам'яті, необхідна для збереження растрових даних; висока вартість сканерів, що забезпечують автоматизоване введення інформації; а також недостатньо висока точність позиціонування точкових об'єктів і зображення ліній (особливо похилих), зумовлена генералізацією інформації в межах комірки растра.
Основними перевагами векторного подання є компактність збереження (часто в десятки разів вища, ніж при растровому), висока точність позиціонування точкових об'єктів і зображення ліній. Однак векторні моделі мають складну систему опису топологічної структури даних, унаслідок чого їх обробка вимагає виконання складних геометричних алгоритмів визначення положеннявузлових точок, стикування сегментів (дуг), замикання полігонів та ін. Це значно сповільнює маніпулювання векторними даними, особливо на персональних комп'ютерах з порівняно невеликою швидкодією.
Порівняння переваг і недоліків двох основних структур просторових даних показує, що вони взаємно протилежні один одному — переваги одного способу формалізації є недоліками іншого, і навпаки. Це визначає необхідність застосування в рамках ГІС обох способів і, отже, наявності можливості перетворення (конвертації) однієї структури в іншу, і навпаки (виконання так званих вектор-растрових і растр-векторних перетворень), що в наш час реалізовано у всіх досить потужних ГІС-пакетах. При цьому розв'язання різних завдань доцільно виконувати з використанням того способу формалізації просторових даних, який у даному випадку більш ефективний. Ідея вектор-растрового перетворення досить проста: точка заміняється коміркою, лінія — послідовністю комірок, територіальний об'єкт (полігон) — сукупністю комірок із заданим розміром. При цьому укладається угода, наприклад, про те, що при перетворенні ліній у растр значущими стають всі комірки, через які проходить лінія, а при перетворенні полігонів — тільки ті з них, у яких межею полігона відтинається значна частина комірки Принцип конвертації растрових структур просторових даних у векторні також очевидний: зміст кожної комірки зводиться до точки, положення якої відповідає, наприклад, геометричному центру цієї комірки. Однак на практиці реалізація цього принципу ускладнюється «розмитістю» лінійних об'єктів і меж територіальних, наявністю «шумів», особливо при векторизації даних дистанційного зондування або растрових зображень, отриманих шляхом сканерного введення. У цьому випадку необхідне проведення попередньої обробки растрових зображень з метою «придушення» шумів, «стоншення» лінійних об'єктів і меж територіальних, «скелетизації» зображення.
Слід зазначити також, що існують пропозиції щодо комбінованих растр-векторних подань просторових даних, які поєднують вигоди растрового і векторного подань і не потребують вектор-растрового чи растр-векторного перетворення. До таких комбінованих моделей просторових даних відносять матрично-символьні структури, що є узагальненням квадротомічних структур даних, і растрове представлення, основною логічною одиницею якого є система, яка поєднує кілька рядків сканування і містить елементи векторного і растрового подань.
Векторним способом подання просторових даних, або векторною моделлю, називають спосіб формалізації просторових даних, що ґрунтується на використанні набору елементарних графічних об'єктів, або «графічних примітивів».
В основу векторної моделі покладено точку (point) — первинний графічний елемент із координатами (х, у), місце розташування якого відоме з довільно заданою точністю. Дві точки з координатами (х1, у1) і (х2, у2) формують другий графічний примітив, лінію (line) — відрізок прямої, що з'єднує ці точки. Замкнута послідовність ліній відокремлює частину поверхні — полігон (polygon), який є третім з основних елементарних графічних об'єктів, або графічних примітивів, на яких базується векторна модель просторових даних.
19.Оптимальний вибір моделі представлення даних для вирішення завдань землеустрою та кадастру
20. Поняття про топологію
Топологія даних – це розділ математики, що вивчає топологічні властивості фігур, тобто властивості як не змінюються при будь яких деформаціях проведених без розриву або склеювання.
Топологія – це процедура визначення просторових зв'язків в об'єкті
«Тополо́гія», або «топологія мережі», характеризує фізичне розташування комп'ютерів, кабелів й інших компонентів мережі.
Топологія — це стандартний термін, що використається професіоналами при описі основного компонування мережі. Крім терміна «топологія», для опису фізичного компонування вживають також такі:
фізичне розташування;компонування;діаграма;карта.
Під топологією (компонуванням, конфігурацією, структурою) комп’ютерної мережі звичайно розуміється фізичне розташування комп’ютерів мережі один щодо іншого та спосіб їх з’єднання лініями зв’язку. Важливо відзначити, що поняття топології ставиться, насамперед, до локальних мереж, у яких структуру зв’язків можна легко простежити. У глобальних мережах структура зв’язків звичайно схована від користувачів і не надто важлива, тому що кожний сеанс зв’язку може виконуватися по своєму власному шляху.
Топологія комп’ютерної мережi вiдображає структуру зв’язкiв мiж її основними функцiональними елементами. В залежностi вiд компонентiв, що розглядаються, розрiзняють фiзичну i логiчну структури локальних мереж. Фiзична структура визначає топологiю фiзичних з’єднань мiж комп’ютерами. Логiчна структура визначає логiчну органiзацiю взаємодiї комп’ютерiв мiж собою. Доповнюючи одна одну, фiзична та логiчна структури дають найповніше уявлення про комп’ютерну мережу.
Топологія мережі спричиняється її характеристиками. Зокрема, вибір тієї або іншої топології впливає на:
склад необхідного мережного встаткування;
характеристики мережного встаткування;
можливості розширення мережі;
спосіб керування мережею. Топологія мережі визначає не тільки фізичне розташування комп’ютерів, але, що набагато важливіше, характер зв’язків між ними, особливості поширення сигналів мережею. Саме характер зв’язків визначає ступінь відмовостійкості мережі, необхідну складність мережної апаратури, найбільш підходящий метод керування обміном, можливі типи середовищ передачі (каналів зв’язку), припустимий розмір мережі (довжина ліній зв’язку й кількість абонентів), необхідність електричного узгодження й багато чого іншого.
Коли в літературі згадується про топологію мережі, то можуть мати на увазі чотири зовсім різних поняття, що ставляться до різних рівнів мережної архітектури:
1. Фізична топологія (тобто схема розташування комп’ютерів і прокладки кабелів). У цьому змісті, наприклад, пасивна зірка нічим не відрізняється від активної зірки, тому її нерідко називають просто «зіркою».
2. Логічна топологія (тобто структура зв’язків, характер поширення сигналів мережею). Це, напевно, найбільш правильне визначення топології.
3. Топологія керування обміном (тобто принцип і послідовність передачі права на захват мережі між окремими комп’ютерами).
4. Інформаційна топологія (тобто напрямок потоків інформації, переданої мережею).
21. Топологічні векторні структури (DIME-структура)
Значного поширення в наш час набули топологічні векторні структури, у яких, крім ідентифікаторів об'єктів і координат, кодується також інформація про взаємне розміщення об'єктів.
DIME-структура
Наприкінці 60-х років XX ст. у Бюро перепису США (US Bureau of the Census) при підготовці до чергового перепису населення було розроблено структуру збереження просторової інформації, яку було названо за першими літерами слів Dual Independent Map Encoding (подвійне незалежне кодування карт) DIME-структурою. Вона належить до топологічних векторних структур даних.
Основним елементом DIME-структури є дуга (arc) або сегмент (segment) — послідовність ліній, що починається і закінчується вузловими точками. Під вузловою точкою (node) розуміють точку перетину трьох і більш ліній. Хоча сьогодні як вузлова точка або вузол найчастіше розглядається будь-яка початкова або кінцева точка послідовності ліній, що утворює сегмент, або дугу. Так, зокрема, трактується поняття «вузлова точка» у рамках пакета IDRISI.
Введення топологічних характеристик у структуру векторних даних дозволило уникнути основного недоліку точкових полігональних структур — необхідності подвійного обведення спільних меж і пов'язаних з цим похибок. Кожна точка при цьому запам'ятовується тільки один раз у складі якого-небудь сегмента (дуги) і може використовуватися багаторазово — стільки разів, скільки це буде необхідно.
22. Нетопологічні векторні структури ("спагетті")
Спосіб векторного подання метричних даних з використанням трьох зазначених вище елементарних графічних об'єктів має назву точкової полігональної структури (Point Polygon Structure) векторних даних. Він належить до категорії нетопологічних векторних структур даних, які часто називають «спагеті».
Цей різновид векторних структур просторових даних відповідає початковому періоду розвитку ГІС-технології, хоча деякі сучасні ГІС-пакети використовують цей формат і далі. Прикладом може бути формат MIF/MID — MapInfo Data Interchange Format — відкритий обмінний формат пакета MapInfо, а також шейп-файли (shapefiles) ГІС-пакетів фірми ESRI.
Основний недолік цього способу формалізації просторових даних полягає у відсутності в запису даних топологічної інформації (інформації про взаємне розміщення об'єктів), що вимагає при введенні метричних даних за допомогою дигітайзера проводити повний обхід кожного полігона. Це призводить до подвійного проходу по спільних для двох суміжних полігонів межах, що обумовлює значне збільшення витрат часу на введення, а також появу двох, що не збігаються через неточності позиціонування дигітайзера, спільних границь суміжних просторових об'єктів, які створюють так звані «паразитні» полігони.
23.Для чого використовується топологія
Велика кількість графічних даних в ГІС зі специфічними взаємозв’язками вимагає топологічного опису об’єктів і груп об’єктів, який залежить від "зв’язаності" (простої або складної).
Топологічні властивості фігур не змінюються при довільних деформаціях, які виконуються без розривів або з’єднань. Наприклад, топологічно спорідненими фігурами є чотирикутник, замкнутий контур довільної форми без петель, коло, трикутник.
В ГІС термін топологічний означає, що в моделі об’єкту зберігаються деякі взаємозв’язки, які дозволяють виконувати додатковий просторовий аналіз, який, наприклад, відсутній в САПР.
Топологічні моделі дозволяють представляти елементи моделей об’єктів у вигляді графів. Площі, лінії і точки описуються границями і вузлами (дугова/вузлова структура). Кожна границя йде від початкового до кінцевого вузла і відомо які площі знаходяться зліва і справа. Теоретичною основою моделей служать алгебраїчна топологія і теорія графів. У відповідності з алгебраїчною топологією координатні типи даних: площі, лінії і точки називаються 2-комірками, 1-комірками і 0-комірками відповідно. Карта розглядається як орієнтований двомірний комірковий
комплекс.
Топологічні моделі в ГІС задаються сукупністю наступних характеристик:
24. Етапи роботи із топологією
3 етапи роботи із топологією:
1) проектування типології;
2) перевірка типології після створення ГІС;
3) перевірка типології в ході експлуатації.
25. Основи топології для редагування даних
3 етапи роботи із топологією:
1) проектування типології; 2) перевірка типології після створення ГІС; 3) перевірка типології в ході експлуатації.
Правила топології:
Правила для полігонів:
структури, у яких, крім ідентифікаторів об'єктів і координат, кодується також інформація про взаємне розміщення об'єктів.
26. Правила топології
Правила топології:
Визначають допустимі просторові відношення між об’єктами; контроль відношення між об’єктами внутрі одного класу об’єктів між об’єктами різних класів та між підтипами просторових структур;
Кластерний допуск – мінімальна відстань між не співпадаючими вершинами. Визначають мінімальну допустиму відстань між вершинами об’єктів і обмежує можливе переміщення вершин об’єктів підчас перевірки.
Рагн – визначає, які об’єкти модуть бути переміщенні при спів паданні вершин в результаті перевірені топології.
Правила для полігонів:
Не повинні перекриватися
Не повинні мати пробілів
27. Ранги в топології
Рагн – визначає, які об’єкти модуть бути переміщенні при спів паданні вершин в результаті перевірені топології.
28. Кластерний допуск
Це мінімальна відстань між не співпадаючими вершинами .Кластерний допуск визначає мінімальну допустиму відстань між вершинами об’єктів і обмежує можливе переміщення вершин об’єктів під час перевірки.
29. Під цифровою моделлю рельєфу — ЦМР— у геоінформатиці звичайно розуміють цифрове подання топографічної поверхні у вигляді регулярної мережі комірок заданого розміру (grid DEM) або нерегулярної трикутної мережі (TIN DEM). Ці дві форми подання ЦМР є в наш час взаємно конвертованими і мають практично однакові можливості щодо подання і аналізу рельєфу.
Відомо, що в геоморфології і картографії існують дещо інші підходи до трактування цього поняття. ЦМР- модель рельєфу називають модель, утворену дискретним масивом чисел, що описує просторове положення характерних точок каркасних ліній (тальвегів і вододілів) одного порядку. У картографії під ЦМР будь-якого географічного поля, у тому числі й рельєфу, розуміють певну форму подання вихідних даних і спосіб їх структурного опису. Це дозволяє обчислювати (відновлювати) значення поля в заданій області шляхом інтерполяції і/чи екстраполяції
Уявляється, що з погляду на аналіз територіальних природних або природно-господарських комплексів і вирішення прикладних завдань, пов'язаних з навколишнім середовищем, засобами ГІС-технологій, кращим є перше визначення. Воно трактує ЦМР як один із шарів інформаційного блока ГІС, що містить цифрову інформацію про відмітки топографічної поверхні у вигляді растра або TIN-моделі. У цьому випадку форма представлення вихідних даних про рельєф і спосіб відновленнязначень топографічної поверхні по комірках растра заданого розміру з використанням методів інтерполяції й екстраполяції складають основу її побудови.
Дані про рельєф можуть бути отримані шляхом натурних вимірювань, включаючи топогеодезичні роботи на місцевості, промірні роботи на водоймах, дистанційне зондування, а також картометричні роботи. У зв'язку із цим можливі істотно різні форми задания цих даних:
1) з регулярним розміщенням точок на прямокутних, трикутних і шестикутних (гексагональних) сітках, отриманих при тахеометричній зйомці або спеціальних видах площинного нівелювання, а також у результаті картометричних робіт;
2) з нерегулярним поданням точок по структурних лініях, профілях, центрах площ, локальних точках, отриманих у результаті інструментальної зйомки чи картометричних робіт;
3) з ізолінійним заданиям точок, розміщених по ізолініях рівномірно або з урахуванням складності їхнього рисунка, отриманих, при цифруванні горизонталей топографічних карт.
Найбільш поширеним різновидом цифрової моделі рельєфу, що використовується, є цифрове подання топографічної поверхні у вигляді растра (растрова ЦМР, сіткова ЦМР) Побудова ЦМР у цьому випадку полягає в поширенні наявного обмеженого набору точкових даних про відмітки топографічної поверхні в прилеглі комірки растра, що суцільно покриває дану територію, з використанням методів просторової інтерполяції.
Цифрова модель рельєфу, що грунтується на TIN-моделі просторових даних, є сукупністю сполучених між собою плоских трикутних граней, що спираються на нерівномірно розміщену в просторі мережу точок з відомими відмітками топографічної поверхні. TIN-модель рельєфу дозволяє уникнути «надмірності» растрового різновиду ЦМР, що вимагає обов'язкового зберігання інформації про відмітки топографічної поверхні у всіх без винятку осередках растра. В TIN-моделі може зберігатися інформація тільки про відмітки характерних точок поверхні, розміщених на структурних лініях рельєфу, - вододілах, тальвегах, а також переломах поздовжнього і поперечного профілів схилів. У зв'язку з цим цей різновид ЦМР може забезпечити дуже компактне і досить ефективне і для візуального подання, і для виконання багатьох аналітичних процедур (обчислення відхилень, експозицій та ін.) зберігання інформації про рельєф даної території. При цьому очевидно, що інформативність точкових даних про рельєф істотно зростає, і це висуває високі вимоги до точності їх дигітизування.
30. Цифрові моделі рельєфу є основою розв'язання засобами ГІС-технологій досить широкого спектра завдань, у тому числі:
- візуалізації рельєфу у двовимірному і тривимірному зображенні
- визначення морфометричних характеристик рельєфу;
побудови карт нахилів й експозицій схилів
- побудови карт поздовжньої і поперечної кривизни схилів
- обчислення і візуалізації зон видимості і невидимості для однієї або системи точок;
- розрахунки об'ємів щодо заданого висотного рівня;
- побудови профілів;
- побудови карт ліній течії;
- виділення структурних ліній рельєфу, у тому числі ліній ерозійної мережі, вододілів, оконтурування водозборів.
Відзначимо також, що технологія побудови ЦМР і аналізу на її основі рельєфу може бути застосована (і застосовується) до будь-яких «географічних полів», суть яких полягає в тому, що в будь-якій точці простору існує або конструюється (обчислюється) той чи інший показник, який утворює скалярне поле. Такими є, зокрема, поля метеорологічних або кліматологічних елементів (опадів, температури, тиску та ін.), поля гідрологічних характеристик (поверхневого або підземного стоку), поля фізичних, хімічних та інших характеристик ґрунтового покриву, поля забруднювачів та ін.
31. Методи розрахунку ЦМР
Просторова інтерполяція точкових даних ґрунтується на виборі аналітичної моделі топографічної поверхні. У загальному випадку топографічна поверхня являє собою функцію двох зміyних Z = f(X, Y), задану в деяких точках досліджуваної області простору, кількість і взаємне розміщення яких можуть бути, як відзначено вище, різними. Завдання інтерполяції тут, як і завжди (див. п. 8.2), полягає в тому, щоб побудувати за цими даними цю функцію для всієї області, тобто задати алгоритм обчислення функції / (X Y) у будь-якій точці з координатами X, Y. Узв'язку з неможливістю опису топографічної поверхні в межах усієї території однією функцією для просторової інтерполяції поверхонь з регулярним розміщенням опорних точок звичайно використовують методи локальної (або кускової) інтерполяції.
Для визначення значення змінної в розглянутій точці (вузлі) використовується не вся сукупність наявних даних, а дані вимірювань у точках, що знаходяться в деякому колі цієї точки.
При цьому використовують поліноміальну і сплайнову інтерполяцію із застосуванням в останньому випадку бікубічних сплайнів. При нерегулярній схемі розміщення опорних точок використовується кускова поліноміальна інтерполяція з застосуванням як ортогональних, так і неортогональних поліномів, рядів Фур'є, аналітична сплайн-інтерполяція (з використанням D-сплайнів), ковзного зваженого осереднення і деякі інші методи. Як вагову ф у н к ц і ю п р и к о в з н о м у з в а ж е н о м у о с е р е д н е н н і ч а с т о використовують функцію X, обернено пропорційну відстані від розглянутої точки до опорної в деякому ступені r(X = l/dt) Найбільш часто застосовується на практиці значення г=2, тобто використовується процедура просторової інтерполяції, яка називається методом обернено-квадратичної дистанції.
Хороші результати дають локально-стохастичні методи просторової інтерполяції, відомі під назвою «кригінг-інтерполяція», чи просто «кригінг». Метод ґрунтується на врахуванні закономірностей статистичної структури просторового розподілу розглянутої змінної, завдяки чому має перевагу порівняно з локальними детермінованими методами, до яких належать методи кускової поліноміальної і сплайнової інтерполяції і ковзного осереднення. Серед переваг відзначимо можливість обґрунтування величини радіуса околу розглянутої точки, що повинна враховуватися при інтерполяції, вигляду вагової функції, а також можливість оцінки точності просторової інтерполяції.
При цьому результати просторової інтерполяції різними методами відрізняються один від одного, іноді досить суттєво. Окрему проблему складає вибір розміру комірки растра, що визначає ступінь генералізації рельєфу при його моделюванні.
Оцінка адекватності того чи іншого способу побудови ЦМР, вибір оптимального з них для даного характеру рельєфу і суті розв'язуваних завдань у більшості випадків повинні ґрунтуватися на результатах зіставлення реального рельєфу (або його картографічного подання) і побудованих цифрових моделей. Тільки локально-статистичні методи просторової інтерполяції (кригінг-інтерполяція) дозволяють одержати незалежну оцінку точності інтерполяції в кожній точці даної території, що ґрунтується на законі просторового розподілу відміток топографічної поверхні.
32. Регулрна мережа висот GRID
GRID – модель, яка представляє регулярну матрицю значень висот, отриману шляхом інтерполяції первинних даних. Для кожного осередку матриці, висота обчислюється на основі інтерполяції. Фактично це мережа висот, розміри якої задаються відповідно до вимог точності досліджень.
33. Нерегулярна мережа тріангуляції TIN
Цифрова модель рельєфу, що ґрунтується на TIN-моделі просторових даних є сукупністю сполучених між собою плоских трикутних граней, що спираються на нерівномірно розміщену в просторі мережу точок з відомими відмітками топографічної поверхні. TIN-модель рельєфу дозволяє уникнути «надмірності» растрового різновиду ЦМР, що вимагає обов'язкового зберігання інформації про відмітки топографічної поверхні у всіх без винятку осередках растра. В TIN-моделі може зберігатися інформація тільки про відмітки характерних точок поверхні, розміщених на структурних лініях рельєфу, - вододілах, тальвегах, а також переломах поздовжнього і поперечного профілів схилів. У зв'язку з цим цей різновид ЦМР може забезпечити дуже компактне і досить ефективне і для візуального подання, і для виконання багатьох аналітичних процедур (обчислення відхилень, експозицій та ін.) зберігання інформації про рельєф даної території. При цьому очевидно, що інформативність точкових даних про рельєф істотно зростає, і це висуває високі вимоги до точності їх дигітизування.
34. Інформаційне забезпечення для створення цифрової моделі рельєфу
Цифрова модель рельєфу – це засіб цифрового перетворення поверхні у вигляді сукупності відміток висот в кутах регулярної мережі з утворенням матриці висот, не регулярність висотної мережі або сукупності записів горизонталей. Цифрова модель рельєфу повинна визначатися точністю, описувати просторове положення, структуру і безперервність земної поверхні.
Інформаційним забезпеченням для створення цифрової моделі рельєфу можуть бути:
Дані для створення ЦМР отримують з фотограмметричних вимірювань, з наземного (геодезичного) знімання, скануванням горизонталей на картах з фіксацією результатів у цифровій формі, за матеріалами дистанційного зондування або з використанням лазерних та інших систем, які дають просторові координати точок місцевості, а для визначення відміток дна рік, озер із сканування за допомогою спеціальної скандувальної апаратури.
35. Побудова цифрової моделі рельєфу за даними дистанційного зондування
Методи дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) базуються на реєстрації і подальшій інтерпретації відбитої сонячної радіації від поверхні ґрунту, рослинності, води та інших об'єктів. Винос пристроїв, що реєструють, у повітряний або навколоземний простір дозволяє одержати значно більш широке охоплення території порівняно з наземними методами досліджень.
Фіксування випромінювання виконується як з використанням хімічних фотографічних методів, так і електронних фоточутливих елементів. У першому випадку зображення поверхні Землі фіксується на фотоплівці, що вимагає доставки її на поверхню Землі, проявлення і друку знімків. Для наступного сеансу зйомки необхідний запуск нового космічного апарата, тому в наш час ця технологія практично не використовується на автоматичних супутниках (в основному на населених орбітальних станціях і кораблях).
Основний обсяг даних ДЗЗ виробляється за допомогою електронних приладів, що фотореєструють відбиту сонячну радіацію так званих приладів із зарядовим зв'язком — ПЗЗ. Ці прилади дозволяють реєструвати різні діапазони хвиль відбитої сонячної радіації як у видимій, так і в ультрафіолетовій та інфрачервоній спектральних зонах.
На основі таких елементів створюються електронні скануючі пристрої, що можуть установлюватися на різних космічних апаратах, призначених для зйомки атмосфери, океану і поверхні суші. При встановленні радіолокаційних систем такі супутники можуть визначати висоту і довжину хвиль, рівень водної поверхні, розливи нафтопродуктів на поверхні води. З природно-ресурсних супутників ведуться спостереження за кольором і щільністю рослинного покриву, кольором і текстурою ґрунтів, кольором води, температурою земної поверхні. З космосу здійснюється високоточна зйомка для топографічного картографування, радіолокаційна зйомка рельєфу і вологості поверхневого шару ґрунту. Зйомка ведеться безупинно згідно з маршрутом прольоту супутника, дані постійно передаються на наземні станції.
На наземних станціях виконується обробка інформації, що надходить: здійснюються геометрична корекція (усуваються кутові перекручування крайових зон, лінійні перекручування уздовж лінії зйомки і т. ін.); радіометрична корекція (усуваються перешкоди, що виникають при зйомці, передачі і прийомі даних, атмосферні перешкоди, вирівнюється освітленість); нарізка на ділянки визначеного розміру, прив'язування до системи координат і т. ін.
У центрах обробки інформації накопичені великі архіви цифрових даних.
У наш час діють кілька комерційних систем дистанційного зондування, дані яких активно поширюються і на Україні. Досить поширені дані американської системи Landsat, французької SPOT, індійської Irs, російської «Ресурс». Дані високої просторової точності пропонуються знімальними системами Iconos і QuickBird (США).
36. Побудова цифрової моделі рельєфу за матеріалами польових зйомок
Цифрову модель рельєфу за матеріалами польових зйомок о тримують за допомогою проведення знімальних робіт (геодезичні зйомки), в результаті чого отримують дані, які вводять, вводять, обробляють і зберігають в різноманітних ГІС – програмах.
Дані з електронних геодезичних приладів являють собою файл із координатами та ідентифікаторами точок зйомки. У таких файлах також може міститися інформація про проведені виміри — вертикальні і горизонтальні кути, відстані. Файли даних можуть створюватися в спеціальних фірмових форматах або в звичайному текстовому форматі ASCII. Спеціальні програмні пакети для обробки даних геодезичних вимірів або модулі координатної геометрії інструментальних пакетів ГІС (пакет Інвент-Град (Україна); програмні пакети CREDO компанії «Кредо Діалог» (Білорусь), розширення Survey Analyst, сімейства пакетів ArcGIS компанії ESRI (США) та ін.) зчитують такі дані за допомогою спеціальних конверторів.
Текстові дані перетворюються в координати точок прив'язування, для яких за обмірюваними кутами і відстанями визначаються місця розташування точок по контурах об'єктів (будинків, доріг та ін.), створюється графічний векторний файл. Якщо прилад підтримує введення ідентифікаторів і описів об'єктів під час зйомки, ці дані можуть автоматично вводитися в атрибутивну базу даних.
37. Побудова ЦМР за топографічними даними
Цифровá модéль місцéвості (ЦММ, англ. DTM) – цифрове представлення рельєфу земної поверхні, створене на основі даних про рельєф та топології місцевості. Часто використовується як синонім цифрової моделі рельєфу, хоч є більш універсальним терміном.
Цифрова модель рельєфу визначена як цифрове і математичне представлення рельєфу місцевості на основі дискретної сукупності вихідних точок, які дозволяють з заданою точністю відтворити реальну поверхню та її структуру. Дані для створення ЦМР отримують з фотограмметричних вимірювань, з наземного (геодезичного) знімання, шляхом сканування горизонталей на картах з фіксацією результатів в цифровій формі, за матеріалами дистанційного зондування або з використанням лазерних та інших систем, які дають просторові координати точок місцевості.
Основні сфери застосування цифрових моделей пов’язані з визначенням та побудовою ізоліній (в топографії – горизонталей), побудовою профілів, визначенням вододілів та ліній стоку, вибором оптимальних трас доріг, каналів, меліоративних мереж, інших лінійних об’єктів, виділенням басейнів водозборів, визначенням обсягів земляних робіт, об’ємів вийнятих порід. Зростає кількість робіт, кінцевою метою яких стає отримання даних про зсувні, ерозійні та деформаційні процеси. До окремої групи робіт, пов’язаних з рельєфом, належить визначення площ затоплених та підтоплюваних земель, що є сферою гідрологічних досліджень. Ця проблема стала актуальною для нашої держави з різних причин, зокрема через екологічні та кліматичні катаклізми, а також у зв’язку із приватизацію землі в Україні, проведенням кадастру земель, організацією та дією страхувально-економічних компаній та фірм.
ЦМР разом з топографічними картами та даними дистанційного зондування Землі успішно використовують з інженерною метою, зокрема під час будівництва доріг, захисних споруд вздовж рік, розширення населених місць і т.д. Програма робіт передбачала обґрунтування можливості використання аерофотознімків для створення ЦМР у програмному продукті ERDAS Imagine(модуль Leica Photogrammetry Suite), з метою створення електронної версії моделі рельєфу з найвищою роздільною здатністю.
Найбільш поширеним різновидом цифрової моделі рельєфу,що використовується, є цифрове подання топографічної поверхніу вигляді растра (растрова ЦМР, сіткова ЦМР, grid DEM) (рис. 7.8а).Побудова ЦМР у цьому випадку полягає в поширенні наявного
обмеженого набору точкових даних про відмітки топографічноїповерхні в прилеглі комірки растра, що суцільно покриває данутериторію, з використанням методів просторової інтерполяції.Просторова інтерполяція точкових даних ґрунтується на ви-
борі аналітичної моделі топографічної поверхні. У загальному випадку топографічна поверхня являє собою функцію двох змінних Z = f(X, Y), задану в деяких точках досліджуваної області простору, кількість і взаємне розміщення яких можуть бути, як
відзначено вище, різними. Завдання інтерполяції тут, як і завжди (див. п. 8.2), полягає в тому, щоб побудувати за цими даними цю функцію для всієї області, тобто задати алгоритм обчислення функції / (X Y) у будь-якій точці з координатами X, Y. Узв'язку з неможливістю опису топографічної поверхні в межах усієї території однією функцією для просторової інтерполяції поверхонь з регулярним розміщенням опорних точок звичайно
Рис. 7.8. Цифрова модель рельєфу у вигляді растра (а) і трикутної нерегулярної мережі (б) використовують методи локальної (або кускової) інтерполяції. Для визначення значення змінної в розглянутій точці (вузлі) використовується не вся сукупність наявних даних, а дані вимірювань у точках, що знаходяться в деякому околі цієї точки. При цьому використовують поліноміальну і сплайнову інтерполяцію із застосуванням в останньому випадку бікубічних сплайнів. При нерегулярній схемі розміщення опорних точок викорис-
товується кускова поліноміальна інтерполяція з застосуванням як ортогональних, так і неортогональних поліномів, рядів Фур'є, аналітична сплайн-інтерполяція (з використанням D-сплайнів),
ковзного зваженого осереднення і деякі інші методи. Як вагову функцію при ковзному зваженому осередненні часто використовують функцію X, обернено пропорційну відстані від розглянутої точки до опорної в деякому ступені r(X = l/dT). Найбільш часто застосовується на практиці значення г=2, тобто використовується процедура просторової інтерполяції, яка називається методом обернено-квадратичної дистанції.
38.Методика побудови ЦМР в TNTmips
Запускаємо програмний засіб «TNT mips»
З’являється панель відповідно в якій ми вибираємо меню «MAIN – імпорт» - ця команда дозволить нам імпортувати дані з інших програмних комплексів, в яких велась початкова обробка об’єкту, а саме векторизація і в нашому випадку це була програма «Easy Trace 7.99 Pro» де ми векторизували частину рельєфу а потім експортували вектори зовану модель у формат DXF.
У діалоговому вікні що з’явилось вибираємо відповідний формат DXF і натискаємо на вкладці «ВИБРАТЬ ФАЙЛИ»
Вікно де відображаються всі файли з вибраним форматом зображено на рис.3, вибираємо необхідний нам файл, натискаємо на нього він виділяється чорним кольором і стає активною клавіша натискаємо на неї.
З’являється вікно у якому нам необхідно вибрати необхідні налаштування параметрів імпорту .
В наступному діалоговому вікні програма дає запит на створення папки у яку ми будемо імпортувати наш об’єкт
Натискаємо клавішу з’являється вікно де вказуємо ім’я папки куди буде імпортовано файл . Папку буде створено з розширенням *.RVC. У моєму випадку це папка за такою адресою
Після того як ми імпортували файл нам необхідно змоделювати модель поверхні яку ми векторизували. Для цього вибираємо ТЕРИТОРІЯ – МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ. З’являється діалогове вікно в якому натискаємо клавішу потім в наступному вікні уже вибираємо файл і натискаємо ОК.
Після вибору натискаємо на клавішу ЗАПУСК і процес моделювання поверхні буде виконуватись програмним засобом автоматично.
В результаті отримуємо змодельовану поверхню місцевості. З лівого боку у нас є вікно де ми можемо вмикати або вимикати необхідні нам слої відповідно поставивши або прибравши галочку. Для того щоб модель рельєфу була більш наглядною у вікні слоїв натискаємо двічі на клавішу КОНТРОЛЬ СЛОЯ і зявляється вікно де можна вибрати налаштування об’єкту.
Натискаємо клавішу РЕДАКТИРОВАНИЄ з’являється вікно «Редактор палітр» в якому вибираємо БОЛЬШЕ ПАЛИТР – ТОНА ЗЕМЛИ
Програма дасть запит на збереження параметрів що змінилися потрібно натиснути ОК. В результаті отримуємо зображення моделі рельєфу у тонах землі, де вищі точки світліші а пониження темніші. Відповідна кольорова гама дає можливість більш детально аналізувати наш рельєф.
39. Електронні карти в порівняні з паперовими
До переваг електронних карт над паперовими варто зарахувати:
– електронні карти набагато детальніші, ніж паперові карти, оскільки можуть містити
інформацію з додаткових джерел;
– не мають таких недоліків, як відсутність або генералізація картографічних даних;
– мають можливість швидкого оновлення карт;
– точність визначення положення на паперових картах не завжди відповідає вимогам
сучасної навігації через низку причин (наприклад, генералізацію даних);
– дають змогу швидко обробляти дані;
– полегшують обмін інформацією;
– мають можливість переглядати всю територію, не перериваючись на межах аркушів карти;
– мають можливість вільно збільшувати фрагменти і змінювати масштаб;
– дають тривимірне зображення кута огляду в “реальному часі”;
– мають декілька шарів, які під час роботи з картою можна підключати чи відключати,
накладаючи один на один у визначеному порядку. Це особливо важливо у разі роботи з
перенасиченими інформацією картами;
– шарова структура дає змогу проглядати інформацію, яка доступна на паперових картах, і
можна вибрати для друку чи передати електронною поштою потрібний фрагмент карти;
– на електронній карті можна робити автоматичний пошук необхідної інформації набагато
швидше ніж на паперовій карті;
– електронні карти (на відміну від традиційних) є не тільки геоіконічні моделі ЕСЕ-процесів,
але є також базами даних, що містять атрибутивну інформацію про географічні об’єкти;
– електронні карти можуть бути віртуальними, тобто мати засоби анімації даних, що
міняються в часі; тому дають змогу ефективніше відображати просторово-часову інформацію про
ЕСЕ-розвиток регіонів ніж паперові карти;
– електронні карти не потрібно клеїти;
– вони не зношуються;
– легко тиражуються;
– для опрацювання інформації з паперових карт багато часу займає введення даних у
комп’ютер, що значно спрощується з використанням електронних карт.
40. Дані та інформація. Критерії оцінки інформації.
Дані – це деякі описи сутності реального або удаваного світу які містять ті чи інші факти властивості показники і характеристики що стосуються цих сутностей а також зв’язки між ними.
Інформація – це довільні дані про деяку сутність або сутності над якими виконуються операції прийому , сприймання, передачі перетворення з пошуку зберігання і використання.
Інформація – це прирощення знань яке може бути отримано тим чи іншим суб’єктом на основі наявних даних про деяку сутність обо сутності.
Вимоги до інформації:
41. Наукова інформація. Види наукової інформації
Наукова інформація – це логічна інформація, яка утворюється шляхом обробки інформації, що надається людині органами чуття, за допомогою абстрактно – логічного мислення (інформація стає научною коли підтверджується практикою).
Наукова інформація може бути:
Емпірична – інформація, що отримана в результаті досліда (інформація кількісна).
Якість інформації забезпечується методиками вимірів, спеціальним обладнанням, повіркою приладів.
Позитивне – базова, не викривлена ніякими суб’єктивними факторами, інформація.
Негативне – ця інформація потребує обов’язкової обробки.
Статистична – результат первинної обробки вихідної інформації.
Якість інформації забезпечується стандартними методиками обробки даних.
Позитивне – можливість отримати інформаці.
Негативне – при неправильному підході може дати неправильний результат.
Експертна – якісна або напівякісна інформація, яка отримана в ході суб’єктивної оцінки групи спеціалісті – експертів.
Якість інформації забезпечується кваліфікацією експертів.
Позитивне – можливість отримати нову інформацію по складній проблемі.
Негативне – якісний характер отриманої інформації, складність, а під час і неможливість відтворення результатів.
В результаті моделювання дозволяє зробити прогноз певного процесу або складної ситуації.
Якість інформації забезпечується:
Позитивне – можливість просторово – часового прогнозу, кількісний характер інформації.
Негативне – складність математичного опису, складність стохастичних систем
42. Бази даних
База даних є інформаційною моделлю реального світу в певній предметній галузі. Згідно з тлумачним словником з геоінформатики (Барановидр., 1999) база даних(БД, data base, database, DB) – це сукупність даних, організованих за певними правилами, що встановлюють загальні принципи опису, збереження і маніпулювання даними.
У базах даних залежно від призначення (база даних підприємства, муніципальна база даних, база даних адміністративного району чи області) може зберігатися й оброблятися різна інформація: списки співробітників підприємств з їх обліковими даними, списки будинків і їх технічні характеристики, юридичні або статистичні описи земельних ділянок, об'єктів адміністративного керування та ін. Так само залежно від призначення бази даних може змінюватися перелік об'єктів, описуваних у базі даних; склад атрибутів, що описують ці об'єкти; спосіб і ступінь формалізації атрибутів; організація зв'язку між різними об'єктами бази даних та ін. Об'єкти бази даних можуть бути описані різними способами: у вигляді текстових описів, цифрових кодів, комбінованих цифро-буквених класифікаторів, числових значень різного типу, календарних дат та ін. Кожен однотипний об'єкт бази даних описується однаковим набором атрибутів, таким чином, база даних складається з окремих записів, що характеризують кожний об'єк ті покажчики зв'язків між ними.
43. Проектування баз даних
У більшості випадків бази даних проектуються таким чином, щоб один або кілька атрибутів однозначно ідентифікували запис. Сукупність значень цих атрибутів називається ключем запису, а самі атрибути - ключовими атрибутами. Ключ запису можна розглядати як унікальне ім'я запису, за яким користувач завжди може знайти цей запис.
У реальному світі часто можна спостерігати однорідні об'єкти (будинки, водойми, населені пункти та ін.). Відповідно в базі даних такі об'єкти природно представляти у вигляді декількох екземплярів таких записів, тобто записів з однаковими атрибутами. Аналогічна ситуація має місце і зі зв'язками у базі даних є багато однотипних зв'язків, що з'єднують однотипні об'єкти.
У концептуальній схемі вся безліч однотипних записів подається одним абстрактним записом, що називають типом запису. Кожному типу записів відповідають ім'я і список атрибутів. Аналогічно безліч і наявних у базі даних однотипних зв'язків у концептуальній схемі відповідає один тип зв'язку.
У базі даних виділяють: постійні дані, що відрізняються від інших, більш мінливих, таких, як проміжні результати обробки даних; вхідні і вихідні дані; керуючі оператори; робочі черги – і взагалі всі службові дані, використовувані в процесі роботи. Природно, у процесі роботи постійні дані так само можуть зазнавати змін: створюються або видаляються об'єкти, змінюються значення параметрів, змінюється набір або порядок проходження параметрів у записі та ін.
Для обробки відносин між об'єктами бази даних розробляються спеціальні алгоритми, які представлені в конкретній реалізації бази даних відповідними програмними модулями.
Збереження даних у базі даних забезпечує централізоване керування, дотримання стандартів, безпеку і цілісність даних, скорочує надмірність і усуває суперечливість даних. База даних не залежить від прикладних програм. Створення бази даних і звернення до неї з здійснюються за допомогою системи керування базами даних(СКБД).
44. Моделі даних
Модель даних (англ. Data model) — абстрактне представлення реального світу, що відображає тільки ті об'єкти, що безпосередньо стосуються програми. Це, як правило, визначає специфічну групу об'єктів, їх атрибутивне значення і відношення між ними. В випадку ГІС, використовується механізм представлення і організації просторової моделі даних, або растрової моделі даних. Ієрархічні бази даних організовуються у вигляді дерев, що припускає нерівноправність між даними – одні дані виявляються жорстко підлеглі іншим. Така організація даних нагадує деякі схеми побудови баз знань в експертних системах і забезпечує високоефективний пошук інформації. Але ієрархічний підхід до організації баз даних має й очевидні недоліки, наприклад, необхідність жорстко визначати зв'язок між даними, що істотно ускладнює організацію інформації. Щоб перебороти подібні недоліки була запропонована мережна модель даних, у якій крім вертикальних зв'язків між даними, передбачалися й горизонтальні. Прикладом реалізації такої моделі може служити система директорій (фолдерів), що дозволяє організувати інформацію на жорсткому диску персонального комп'ютера. Інфологічна моделлю даних Адміністратор бази даних спочатку створює узагальнений неформальний опис створюваної бази даних. Це опис, виконаний з використанням природної мови, математичних формул, таблиць, графіків і інших засобів, зрозумілих всім людям, що працюють над проектуванням бази даних. Комп'ютеро-орієнтованими моделями - є можливість програмам і користувачів здійснювати доступ до збережених даних лише за їхніми іменами, не піклуючись про фізичне розташування цих даних.
45. Поняття про дистанційне зондування Землі
Дистанційне зондування Землі - спостереження поверхні Землі авіаційними і космічними засобами, оснащеними різноманітними видами знімальної апаратури.
Нині у світі нараховується понад два десятки космічних апаратів дистанційного зондування Землі, а в безпосередній реалізації програм супутникових спостережень беруть участь близько 25 країн. Космічні апарати дистанційного зондування можуть бути використані як у суто цивільних цілях, так і для ведення розвідки.
Космічні технології знімання земної поверхні дозволяють суттєво підвищити ефективність досліджень у різних галузях геології: геологічній зйомці та пошук корисних копалин, неотектонічних дослідженнях, геоекології тощо. Сучасні матеріали космічних зйомок мають роздільну здатність на місцевості від десятків кілометрів до десятків сантиметрів. Отримувати такі дані зараз набагато простіше, ніж це було декілька років тому. Кількість спектральних діапазонів, в яких може здійснюватись зйомка з космічних апаратів, постійно зростає. Зараз існують знімальні системи, які здійснюють знімання у 7, 20, 220 діапазонах.
Стрімке зростання науково-технічного космічно-знімального арсеналу, впровадження технологій гіперспектральних зйомок з високим рівнем розрізнення вимагає адекватних технологій їхньої інтерпретації для потреб української геології.
Основою сучасних дистанційних досліджень є цифрова обробка, дешифрування та геологічна інтерпретація матеріалів космічних зйомок (МКЗ) в залежності від особливостей знімальної апаратури, ландшафтних та геологічних умов територій, що вивчаються.
46. Схема технології ДЗЗ
Схема технології дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) базується на реєстрації і подальшій інтерпретації відбитої сонячної радіації від поверхні ґрунту, рослинності, води та інших об'єктів. Винос пристроїв, що реєструють, у повітряний або навколоземний простір дозволяє одержати значно більш широке охоплення території порівняно з наземними методами досліджень. При дистанційному зондуванні значний вплив на якість і застосовність одержуваних даних чинять спектральний діапазон зйомки, просторова точність, радіометрична точність, просторове охоплення, оперативність і повторюваність зйомки, вартість даних.
Фіксування випромінювання виконується як з використанням хімічних фотографічних методів, так і електронних фоточутливих елементів. Основний обсяг даних ДЗЗ виробляється за допомогою електронних приладів, що фотореєструють відбиту сонячну радіацію так званих приладів із зарядовим зв'язком. Ці прилади дозволяють реєструвати різні діапазони хвиль відбитої сонячної радіації як у видимій, так і в ультрафіолетовій та інфрачервоній спектральних зонах.
На основі таких елементів створюються електронні скануючі пристрої, що можуть установлюватися на різних космічних апаратах, призначених для зйомки атмосфери, океану і поверхні суші. При встановленні радіолокаційних систем такі супутники можуть визначати висоту і довжину хвиль, рівень водної поверхні, розливи нафтопродуктів на поверхні води. З природно-ресурсних супутників ведуться спостереження за кольором і щільністю рослинного покриву, кольором і текстурою ґрунтів, кольором води, температурою земної поверхні. З космосу здійснюється високоточна зйомка для топографічного картографування, радіолокаційна зйомка рельєфу і вологості поверхневого шару ґрунту. Зйомка ведеться безупинно згідно з маршрутом прольоту супутника, дані постійно передаються на наземні станції.
На наземних станціях виконується обробка інформації, що надходить: здійснюються геометрична корекція; радіометрична корекція; нарізка на ділянки визначеного розміру, прив'язування до системи координат. Такі матеріали можуть передаватися замовнику протягом тижня після зйомки. Багато комерційних систем можуть проводити зйомку визначеної ділянки, для чого змінюється кут нахилу знімальної камери або орбіта супутника. У центрах обробки інформації накопичені великі архіви цифрових даних.
47. Фізичні основи ДЗЗ
Космічні зображення певних ділянок Землі – це, насамперед, інформаційні моделі таких ділянок. Вони містять різноманітні дані про різні об’єкти та явища, про їхні взаємозв’язки, просторовий розподіл, стан, зміни в часі тощо. Ефективне використання таких зображень потребує знання про їхні інформаційні властивості та володіння спеціальними способами видобування з них необхідної інформації.
Знімання Землі з космосу забезпечується спеціальними космічними системами вивчення природних ресурсів та моніторингу навколишнього середовища. Вимоги різних користувачів до оглядовості, оперативності, роздільної здатності, періодичності, спектральних каналів інколи суттєво відрізняються. А це вимагає наявності на орбіті одночасно багатьох супутників ДЗЗ, які дозволяють отримувати різні типи космічних зображень. Класифікація останніх здійснюється за певними критеріями, наприклад:
1) за спектральним діапазоном електромагнітного випромінювання, яке використовується;
2) за типом сигналу, який реєструється;
3) за способом реєстрації електромагнітних хвиль (фотографічні, сканерні, телевізійні);
4) за розрізненням та оглядовістю.
Зупинимося детальніше на класифікації, пов’язаній зі спектральним діапазоном електромагнітного випромінювання. В даний час у дистанційних методах використовують відносно невелику частину спектру – від 0,380 мкм до 3 мкм. На зони спектру, який використовується, накладаються обмеження, пов’язані з прозорістю атмосфери. Є кілька спектральних інтервалів, у яких електромагнітне випромінювання майже цілком пропускається атмосферою ( це так названі вікна прозорості атмосфери). Найбільш широке застосування в методах ДЗЗ із космосу знаходить вікно прозорості, що відповідає оптичному діапазону (він також називається видимим).
Основною характеристикою космічних знімків є роздільна здатність (resolution). Вона характеризує можливість розрізняти пікселі, які близько розташовані у просторі або спектрально подібні. В дистанційному зондуванні Землі термін «роздільна здатність» має надзвичайно важливе значення в першу чергу як характеристика зображень поверхні Землі та об’єктів (тобто знімків ДЗЗ).
Просторова роздільна здатність - це міра найменшого кутового або лінійного поділу двох об’єктів (звичайно виражена в радіанах або в метрах).
Спектральна роздільна здатність - це міра як дискретності одних смуг частот, так і чутливості датчика для розрізнення градацій яскравості.
48. Видимий діапазон та його особливості щодо одержання інформації.
Видимий діапазон –це електрохвилі , що сприймаються людським оком, який займає ділянку спектру з довжинами хвиль від 360н.м. ВД-360-760 нм, 0,36-0,76 мікрометров.
Диапазон видимого света — самый узкий во всем спектре. Длина волны в нем меняется менее чем в два раза. На видимый свет приходится максимум излучения в спектре Солнца. Наши глаза в ходе эволюции адаптировались к его свету и способны воспринимать излучение только в этом узком участке спектра. Почти все астрономические наблюдения до середины XX века велись в видимом свете. Основной источник видимого света в космосе — звезды, поверхность которых нагрета до нескольких тысяч градусов и потому испускает свет. На Земле применяются также нетепловые источники света, например, флюоресцентные лампы и полупроводниковые светодиоды.
Для сбора света от слабых космических источников используются зеркала и линзы. Приемниками видимого света служат сетчатка глаза, фотопленка, применяемые в цифровых фотоаппаратах полупроводниковые кристаллы (ПЗС-матрицы), фотоэлементы и фотоэлектронные умножители. Принцип действия приемников основан на том, что энергии кванта видимого света достаточно, чтобы спровоцировать химическую реакцию в специально подобранном веществе или выбить из вещества свободный электрон. Затем по концентрации продуктов реакции или по величине освободившегося заряда определяется количество поступившего света.
Видимый свет, или видимая область спектра, занимает на шкале узкий участок от l = 380 … 400 нм (фиолетовый свет) до l = 760 … 780 нм (красный свет). За пределами видимой области, действующей на человеческий глаз и вызывающей непосредственно зрительные ощущения, расположены невидимые электромагнитные излучения с более короткой длиной волны (l < 400 нм) — ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) — и с более длинной (l > 780 нм) — инфракрасное излучение (ИК-излучение).
Из общего спектра условно выделяют оптический диапазон, к которому относят электромагнитные колебания от l=0,01 нм (гамма-излучение) до l = 10-3нм (ИК-излучение).
Положение излучения в спектре определяет его длина волны, которую измеряют в километрах, метрах и сантиметрах в области радиоволн; в миллиметрах, микрометрах и нанометрах — в ближней инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра;
в ангстремах — в области рентгеновского излучения, гамма-излучения и космических лучей.
К УФ-области примыкает участок рентгеновского излучения, охватывающий диапазон l = 0,01 … 0,1 нм. За ними расположена область гамма-излучения с l < 0,1 нм. Области рентгеновских и гамма-излучений частично перекрываются.
Рентгеновское излучение возникает в специальных трубках, а гамма-излучение испускается радиоактивными ядрами некоторых элементов. Ниже представлено разделение спектра оптического диапазона на отдельные области.
49. Інфрачервоний діапазон та його особливості щодо одержання інформації.
Інфрачервоний діапазон –це випромінювання, що займає спектральну область між червоним кольором видимого спектру та мікрохвильовим випромінюванням 760нм-1,52 м.м.
Ближнее ИК-излучение очень похоже на видимый свет и регистрируется такими же инструментами. В среднем и дальнем ИК используются болометры, отмечающие изменения.
В среднем ИК-диапазоне светит вся планета Земля и все предметы на ней, даже лед. За счет этого Земля не перегревается солнечным теплом. Но не всё ИК-излучение проходит через атмосферу. Есть лишь несколько окон прозрачности, остальное излучение поглощается углекислым газом, водяным паром, метаном, озоном и другими парниковыми газами, которые препятствуют быстрому остыванию Земли.
Из-за поглощения в атмосфере и теплового излучения предметов телескопы для среднего и дальнего ИК выносят в космос и охлаждают до температуры жидкого азота или даже гелия.
ИК-диапазон — один из самых интересных для астрономов. В нем светит космическая пыль, важная для образования звезд и эволюции галактик. ИК-излучение лучше видимого проходит через облака космической пыли и позволяет видеть объекты, недоступные наблюдению в других участках спектра.
Інфрачервоний спектр поділяється на:
ближний
энергия E — до 1,7 эВ
температура Т — до 4 тыс. К
частота ν (ню) — до 4 ·1014 Гц
длина волны λ (лямбда) — от 730 нм
средний
E — до 0,25 эВ
Т — до 600 К
ν — до 6 ·1013 Гц
λ — от 5 мкм
дальний
E — до 0,04 эВ
Т — до 90 К
ν — до 1013 Гц
λ — от 30 мкм
50. радіодіапазон та його особливості щодо одержання інформації.
Диапазон радиоизлучения противоположен гамма-излучению и тоже неограничен с одной стороны — со стороны длинных волн и низких частот.
Инженеры делят его на множество участков. Самые короткие радиоволны используют для беспроводной передачи данных (интернет, сотовая и спутниковая телефония); метровые, дециметровые и ультракороткие волны (УКВ) занимают местные теле- и радиостанции; короткие волны (КВ) служат для глобальной радиосвязи — они отражаются от ионосферы и могут огибать Землю; средние и длинные волны используют для регионального радиовещания. Сверхдлинные волны (СДВ) — от 1 км до тысяч километров — проникают сквозь соленую воду и применяются для связи с подводными лодками, а также для поиска полезных ископаемых.
Энергия радиоволн крайне низка, но они возбуждают слабые колебания электронов в металлической антенне. Эти колебания затем усиливаются и регистрируются.
Атмосфера пропускает радиоволны длиной от 1 мм до 30 м. Они позволяют наблюдать ядра галактик, нейтронные звезды, другие планетные системы, но самое впечатляющее достижение радиоастрономии — рекордно детальные изображения космических источников, разрешение которых превосходит десятитысячную долю угловой секунды.
Микроволны
Микроволны — это поддиапазон радиоизлучения, примыкающий к инфракрасному. Его также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением, так как у него самая большая частота в радиодиапазоне.
Микроволновый диапазон интересен астрономам, поскольку в нем регистрируется оставшееся со времен Большого взрыва реликтовое излучение (другое название — микроволновый космический фон). Оно было испущено 13,7 млрд лет назад, когда горячее вещество Вселенной стало прозрачным для собственного теплового излучения. По мере расширения Вселенной реликтовое излучение остыло и сегодня его температура составляет 2,7 К.
Реликтовое излучение приходит на Землю со всех направлений. Сегодня астрофизиков интересуют неоднородности свечения неба в микроволновом диапазоне. По ним определяют, как в ранней Вселенной начинали формироваться скопления галактик, чтобы проверить правильность космологических теорий.
А на Земле микроволны используются для таких прозаических задач, как разогрев завтрака и разговоры по мобильному телефону.
Атмосфера прозрачна для микроволн. Их можно использовать для связи со спутниками. Есть также проекты передачи энергии на расстояние с помощью СВЧ-пучков.
микроволны: миллиметровые (мм), сантиметровые (см), дециметровые (дм)
энергия E — до 0,001 эВ
температура Т — до 2 К
частота ν (ню) — до 200 ГГц = 2 ·1011 Гц
длина волны λ (лямбда) — от 1 мм
ультракороткие волны (УКВ): дециметровые, метровые
E — до 4 ·10–6 эВ
Т — до 0,01 К
ν — до 1 ГГц = 109 Гц
λ — от 30 см
короткие (КВ), средние (СВ), длинные (ДВ) волны
E — до 1,2 ·10–8 эВ
Т — до 0,0003 К
ν — до 30 МГц = 3 ·107 Гц
λ — от 10 м
сверхдлинные волны (СДВ)
E — до 4 ·10–10 эВ
Т — до 10–6 К
ν — до 100 КГц
λ — от 3 км
51.Види космычних зйомок
2 види. 1) штучні супутники Землі — спочатку обмежувалася фотографуванням у видимому діапазоні спектру електромагнітних хвиль з безпосередньою доставкою знімків на Землю (переважно в контейнерах з парашутом). Поряд з чорно-білою і кольорові фото- і телезйомкою застосовуються інфратепловая, мікрохвильова, радарна, спектрометрична і ін. фотоелектронні зйомки (див. Аерометоди ).2) Аерометоди вивчення 3емлі, сукупність методів дослідження і картірованія з літальних апаратів географічної оболонки Землі, властивих нею явищ і об'єктів природного і культурного ландшафту. Їх фізичні властивості можуть реєструватися з повітря в різних зонах спектру електромагнітних хвиль на різних за типом приладах. Виходячи з цього, А. підрозділяють на аерофотографічних, вживаних у всій видимій частині спектру (0,4—0,8 мкм ) і в ближній інфрачервоною (0,8—1,1 мкм ) , фотоелектронні, розраховані на використання вузьких зон в тих же частинах спектру і в ультрафіолетових (0,01—0,4 мкм ) , далеких інфрачервоних (1,2—25 мкм ) і радіохвильових (від 1 мм до декількох м-код ) променях; аерогеофизичні, засновані на реєстрації гамма-випромінювання Землі і параметрів її фізичних полів; аеровізуальні, обмежені видимою частиною спектру.
52.Класифікація космічних знімків за масштабом,територіальним захватом,розділяючою здатністю
.(неполностью) Середні масштаби космічних знімків 1: 1000000 — 1: 10000000. Детальність зображення земної поверхні на знімках з космосу досить значительна. Наприклад, при розгляді з 10-кратним збільшенням фотографій масштабу 1:1500000, на відкритій місцевості видно основна мережа гідрографії і дорожньої, контури полів, селища середніх розмірів і всі міста з їх квартальною плануванням.
Просторова роздільна здатність - величина, що характеризує розмір найменших об'єктів, помітних на зображенні.
Класифікація знімків за просторовою роздільною здатністю:
знімки дуже низької роздільної здатності 10 000 - 100 000 м.;
знімки низької роздільної здатності 300 - 1 000 м.;
знімки середньої роздільної здатності 50 - 200 м.;
знімки високої роздільної здатності:
відносно високої 20 - 40 м.;
високої 10 - 20 м.;
дуже високої 1 - 10 м.;
знімки надвисокої роздільної здатності 0,3 - 0,9 м.
53. Классификация природных объектов по спектральной яркости.
По спектральной яркости в видимом диапазоне, где получен наибольший объем экспериментальных данных, все многообразие объектов земной поверхности отчетливо делится на несколько классов, для каждого из которых характерен свой вид кривой спектральной яркости./ класс (горные породы и почвы) характеризуется увеличением коэффициентов спектральной яркости по мере приближения к красной зоне спектра. Спектральная яркость горных пород зависит от входящих в их состав минералов и элементов, а почв — от содержания соединений железа и гумуса. Различные минералы характеризуются наличием полос поглощения на определенных длинах волн в среднем инфракрасном диапазоне.// класс (растительный покров) отличается характерным максимумом спектральной яркости (а значит, и увеличением отражательной способности) в зеленой (0,55 мкм), минимумом —в красной (0,66 мкм) и резким увеличением отражения в ближней инфракрасной зоне. Низкая отражательная способность вегетирующих растений в красной зоне связана с поглощением, а ее увеличение в зеленой зоне — с отражением этих лучей
хлорофиллом. Большие коэффициенты яркости в ближней инфракрасной зоне объясняются пропусканием этих лучей хлорофиллом и отражением их от внутренних тканей листа.III класс (водные поверхности) характеризуется самыми низкими значениями коэффициентов спектральной яркости и монотонным уменьшением отражательной способности от сине-фиолетовой к красной зоне спектра, поскольку длинноволновое излучение сильнее поглощается водой. IVкласс (снежный покров) обладает наиболее высокими значениями коэффициентов спектральной яркости с небольшим их понижением в ближней инфракрасной зоне спектра. Близки кэтому классу по характеру отражения облачные образования,которые имеют несколько узких полос поглощения в длинноволновой части спектра.Общим для всех объектов является понижение коэффициентов спектральной яркости в зоне 2-3 мкм. Обращают на себя внимание два минимума у кривых при длинах волн 1,43 и 1,93 мкм, обусловленные полосами поглощения воды.
54. Дешифрирование данных дистанционного зондирования
Дешифрирование – процесс изучения по аэрокосмическим изображениям естественных или антропогенных объектов основанный на зависимости между свойствами объекта, который дешифрируется и характером их возобновления на снимках.
Любую необходимую для решения некоторой задачи информацию о местности, расположенных на ней объектах можно получить путем непосредственных наблюдений (контактный способ). У этого способа сбора информации есть определенные преимущества — возможность тщательного натурного изучения объектов и взятия при необходимости проб для лабораторного анализа.
Аэро- и космические средства и методы получения семантической информации о местности, объектах и процессах в значительной мере восполняют недостатки контактного способа сбора информации, а в некоторых случаях полностью заменяют его. Некоторые задачи, особенно поисковые (разведывательные), решают только с помощью аэро- и космических съемок.
Дешифрирование входит составной частью в технологический процесс топографического и ландшафтного картографирования, а также является важнейшим технологическим компонентом дистанционного зондирования.
Поскольку между съемкой и дешифрированием иногда возникает существенный временной разрыв, в течение которого могут произойти некоторые изменения ситуации, в обязанности дешифровщика войдет полевая инструментальная корректировка — досъемка вновь появившихся элементов или исключение из дешифрирования элементов утраченных.
Дешифрирование классифицируют по содержанию и технологии выполнения. В зависимости от содержания дешифрирование делят на следующие виды: топографическое (при мелкомасштабном картографировании — ландшафтное) и специальное (тематическое, отраслевое). При топографическом дешифрировании выявляют, анализируют и показывают условными знаками элементы ландшафта, подлежащие нанесению на топографические карты (при ландшафтном — на географические карты).
Набор объектов при специальном дешифрировании носит избирательный характер. Так, при земельно-кадастровом дешифрировании основными объектами анализа являются сельскохозяйственные угодья и границы землепользований и землевладений; при геоботаническом — естественные кормовые угодья или посевы культурных растений; при экологическом — зоны природных или антропогенных нарушений нормального состояния окружающей человека среды и т. д.
По технологии выполнения можно выделить следующие основные методы дешифрирования:
визуальный, в котором информацию считывает со снимков и анализирует человек; в зависимости от места выполнения выделяют камеральный, полевой и комбинированный способы, которые можно поделить на варианты;
машинно-визуальный, в котором с помощью компьютера или специализированных устройств выполняют предварительную обработку первичных снимков с целью облегчения их визуального дешифрирования.
автоматизированный, в котором интерпретационная обработка снимков выполняется машиной в диалоговом режиме — оператор выбирает способ обработки, выполняет «обучение» системы, контролирует качество работы классификатора, вносит коррективы в программы и др.;
автоматический, в котором интерпретационная система решает отлаженные задачи без вмешательства оператора.
Дешифрирование данных дистанционного зондирования выполняется с помощью специальных приборов и программного обеспечения.
55. Дешифрированные признаки
Основная задача дешифрирования — опознавание объектов (явлений, процессов) на изображении и определение их характеристик.
Для опознавания объектов на снимках используют геометрические и оптические характеристики этих объектов - прямые дешифровочные признаки: форма и размер объектов в плане и по высоте; общий (интегральный) тон черно-белого (ахроматического) или цвет цветного (хроматического) изображений, а также текстура изображения; косвенные дешифровочные признаки - три основные группы: природные, антропогенные и природно-антропогенные.
Форма в большинстве случаев является достаточным признаком для разделения объектов природного и антропогенного происхождения. Объекты, созданные человеком, как правило, отличаются правильностью конфигурации.
Размеры дешифрируемых объектов в большинстве случаев, как уже отмечалось ранее, оценивают относительно. Об относительной высоте объектов судят непосредственно по их изображению на краях снимков, полученных с помощью широкоугольных съемочных систем.
Тон изображения является функцией яркости объекта в пределах спектральной чувствительности приемника излучений съемочной системы. Тон оценивают визуально путем отнесения его интенсивности к определенной ступени нестандартизированной ахроматической шкалы, например тон светлый, светло-серый, серый и т.д. Число ступеней определяется порогом световой чувствительности зрительного аппарата человека.
Цвет изображения — более информативный признак, чем тон черно-белого изображения. Хроматическая чувствительность зрительного аппарата человека, примерно на два порядка выше, чем ахроматическая. Использование псевдоцветных изображений (спектрозональных, синтезированных) существенно повышает достоверность решения некоторых дешифровочных задач за счет создания искусственных цветовых контрастов.
Текстура изображения — характер распределения оптической плотности по полю изображения объекта на снимке. Через текстуру передаются структурные особенности объекта (форма, размер и взаимное положение слагающих объект или образующих его поверхность элементов и их яркость). По мере уменьшения масштаба съемки текстура создается более крупными элементами местности, например отдельными полями пашни. В формировании текстуры значительное значение имеют собственные и падающие тени. При визуальном дешифрировании текстура достаточно описывается одним-двумя прилагательными, например линейчатая, губчатая, радиально-струйчатая.
Текстура относится к наиболее информативным признакам. Именно по текстуре человек безошибочно опознает леса, сады, поселения и многие другие объекты.
Природные косвенные признаки выражают взаимосвязи и взаимообусловленности естественных объектов и явлений. Их называют также ландшафтными. Такими признаками могут быть, например, зависимость вида естественного травяного покрова от типа почвы, ее засоленности, кислотности и увлажненности или связь рельефа с геологическим строением местности и их совместная роль в почвообразовательном процессе.
Объекты, с помощью которых ведется поиск и определение характеристик не дешифрирующихся напрямую объектов, называют индикаторами, а дешифрирование индикационным. Такое дешифрирование может быть многоэтапным, когда непосредственные индикаторы опознаются с помощью вспомогательных индикаторов.
С помощью антропогенных косвенных признаков опознают объекты, созданные человеком. При этом используют функциональные связи между объектами, их положение в общем комплексе сооружений, зональную специфику организации территорий, коммуникационное обеспечение объектов и др.
К природио-антропогенным косвенным признакам относятся: зависимость хозяйственной деятельности человека от определенных условий, проявление свойств природных объектов в деятельности человека и др. Например, по размещению некоторых видов культур можно составить суждение о свойствах почв, их увлажненности; по изменению влажности поверхности и соответствующему изменению мощности травостоя, по регулярно расположенным линиям дешифрируют элементы закрытой осушительной системы.