Тема №8 «Анализ ГИС»

Вопросы:

1 Классификация ГИС по функциональным возможностям

2 Система InterGraph

3 Система ARC/INFO

4 Система MAPINFO

5 Система WinGIS

6 Система GeoGraph

7 Система GeoDraw

В связи с глобальной информатизацией общества в интересах многих пользователей в нашей стране и за рубежом созданы и применяются ГИС для топографического и тематического картографирования, обработки космических изображений, для решения муниципальных, инженерных, кадастровых и имущественных проблем.

Определяющим фактором при разработке ГИС, ее архитектуры и пользовательского интерфейса, а также при выборе системы является ее функциональное предназначение. По своим функциональным возможнос­тям можно выделить 2 группы ГИС.

К первой группе относятся универсальные и мощные по своим производственным возможностям, ориентированные на рабочие станции и сетевую эксплуатацию многофункциональные системы, имеющие весьма развитое программное обеспечение, обрабатывающие большие объемы информации и предназначенные для анализа данных, поступающих из различных источников. В этих ГИС может формироваться разнообразная продукция и документация, от электронных карт со специальной информацией до различных распоряжений, программ и прогнозов.

Вторую группу составляют специализированные и менее мощные ГИС, включающие персональные ЭВМ и необходимые периферийные устройства, требуемый набор пакетов программ, обеспечивающих выполнение операций и процедур при решении проблемно-ориентированных задач.

Программное обеспечение ГИС обычно включает следующие функциональные модули: ввода информации, поддержки многооконного интерфейса, системный, отображения и обработки векторной информации, отображения и обработки растровой информации, обработки табличной информации, преобразования информации разных типов, вывода информации.

Модуль ввода информации обеспечивает ввод векторной информации путем цифрования картографических материалов и преобразования векторных файлов из различных форматов, используемых в других ГИС и пакетах обработки данных, во внутренний формат векторных данных системы, загрузки данных; ввод растровой информации путем сканирования картографических материалов и преобразования различных растровых файлов во внутренний формат растровых данных системы, загрузки данных; ввод табличной информации.

В модуле поддержки многооконного интерфейса реализуются операции управления главным окном-меню системы и окнами-меню операций с векторной, растровой и табличной информацией, операции создания и модификации окон обработки, переключения режимов работы системы.

Посредством системного модуля осуществляется установка технических параметров базового аппаратного комплекса (тип графического адаптера и используемого видеорежима, спецификаций периферийных устройств: цифрователя, сканера, плоттера и др.), сохранение и загрузка системы.

Модуль отображения и обработки векторной информации позволяет выполнять отображение электронных векторных карт в разных проекциях и масштабах, генерализацию и редактирование векторных карто­графических изображений в автоматическом и интерактивном режимах, преобразования этих изображений в другие проекции, их объединение (сшивку).

При помощи модуля отображения и обработки растровой информации производятся визуализация и просмотр • растровых картографических изображений на экране дисплея с изменением их масштабов, редактирование изображений и формирование подписей названий, отображение пространственных (трехмерных) моделей местности, преобразования изображений, их объединение (сшивку), вычисление и построение гистограмм, вычисление матриц корреляции и ковариации.

Модуль обработки табличной информации может рассматриваться как внутренняя СУБД, обеспечивающая основной набор стандартных операций над картографическими данными, географически локализован­ными или не имеющими географической привязки.

В модуле преобразования информации разных типов осуществляется преобразование растровых изображений в векторные и наоборот, а также преобразование табличных данных в векторные и растровые изображения и наоборот.

Модуль вывода информации обеспечивает преобразование векторных и растровых файлов в формат данных, используемых другими ГИС или пакетами обработки изображений, вычерчивание (рисовку) издательских оригиналов карт и космических изображений на плоттере, воспроизведение табличной информации.

Для обеспечения эффективности обработки данных различных типов нередко используется реляционная СУБД, основанная на теории отношений. Она обеспечивает доступ к данным не на физическом, а на логическом уровне. При этом обеспечивается выбор системой наилучшего способа выполнения запросов. Простота, удобство, гибкость, скорость доступа и манипуляций с данными особенно важны для ГИС.

2 Система InterGraph

Наиболее характерным представителем систем первой группы является ГИС MGE фирмы InterGraph (США), известной своими рабочими станциями. С целью расширения рынка применения фирма InterGraph разработала версии, функционирующие под управлением WINDOWS NT, а также программное обеспечение для персональных компьютеров - MGE-PC 2.0 (под MS - DOS), MGE VistaMap (под Windows). MGE-PC 2.0 может импортировать данные из таких баз данных, как dBase, FoxBase, Xbase, ORACLE, SYSBASE, DB2, Ingres, Informix.

MGE VistaMap - это система интеграции модульной ГИС и мульти­медиа, в которой видео, звук и отдельные графические изображения связаны с географическими объектами. В этой системе могут использоваться как векторные, так и растровые изображения (аэро- или космические снимки), записанные на жестком диске или CD-ROM. Кроме того, MGE VistaMap взаимодействует с электронными таблицами Excel и текстовым процессором Microsoft Word.

Наибольший интерес представляет набор пакетов на базе модульной среды для ГИС (MGE- Modular GIS Environment).

MGE PC-1 открывает возможности системы MGE/SX, разработанной для среды UNIX, для автономной или сетевой ПЭВМ, обеспечивая управление проектами, управление данными, запросы и генерацию вывода. Компонентами этой системы являются:

- MGE/SX обеспечивает: эффективный ввод трехмерных данных;

интеллектуальное, управляемое базой данных сравнение границ и проверку свойств для геометрии и атрибутов; улучшенную форму интерфейса, который дает список возможных входов в поток данных;

расширенный контроль состояния для всех фоновых процессов;

- MGE Analyst является средством для создания, запросов, анализа и отображения топологически структурированных географических данных;

- MGE Network Analist - средство для создания и анализа простых сетей;

- MGE Grid Analist - средство для быстрого анализа данных на сети ячеек, аппроксимации и построения оптимальных маршрутов;

- MGE Projection Manager - средство для интеграции данных и преобразования картографических проекций;

- MGE ETI - средство для ввода данных полевых наблюдений;

- MGE MAP Finisher - средство для эффективного составления тема­тических карт;

- MGE MAP Publisher - средство для изготовления издательских оригиналов карт с использованием цифровых данных;

MGE Terrain Modeller - средство цифрового моделирования местности;

- MGE Imager - эффективное средство для обработки векторных и растровых данных.

Фирма Intergraph использует мощный графический редактор MicroStation PC версии 4.0 для ПЭВМ с процессором 80386 или 80486, почти в два раза по сравнению с предыдущими версиями повышающий скорость обработки информации, а также облегчающий построение сложных двухмерных и трехмерных изображений.

Фирма Intergraph также предлагает следующие пакеты:

- MGE PC - средство формирования баз данных с использованием PC, тематического картографирования и анализа пространственных данных.

- MGE Base Imager - пакет для многофункциональной цифровой обработки изображений, в том числе данных дистанционного зондирования.

-FRAMME Field View - пакет для анализа в полевых или камеральных условиях баз данных, сформированных посредством картографических систем и ГИС.

Рабочие станции InterGraph это места для эффективной работы с высоким быстродействием (на 1-2 порядка быстрее ПЭВМ), цветными графическими дисплеями высокого разрешения, оперативной памятью большого объема и прецизионными устройствами ввода-вывода Наиболее эффективными являются рабочие станции 6787, 6730, 2730 Они обеспечивают сканирование и обработку космических снимков и оригиналов карт, создание цифровых и электронных карт, бумажных' карт, а также подготовку и анализ геоинформационных данных

Программные и технические комплексы фирмы InterGraph являются универсальным средством создания любых ГИС, обработки простран­ственных данных, получаемых с использованием аэро- и космических снимков, топографических и специальных карт, а также создания и применения цифровых моделей местности и электронных карт

Программно-аппаратные ГИС комплексы фирмы InterGraph широко применяются во многих странах Они начинают внедряться и в России

3 Система ARC/INFO

Одним из признанных лидеров является система ARC/INFO разработки американского Института исследовании систем окружающей среды (ESRI) Это универсальное средство для создания ГИС обеспечения компьютерного картографирования и оперативного принятия решений ARC/INFO работает с любыми видами информации, имеющей привязку к территории С помощью этой системы можно получить в цифровой форме любую карту схему изображение или рисунок ввести табличные статистические и тематические данные привязанные к объектам карты ARC/INFO позволяет собрать эти разрозненные данные и в едином виде хранить обновлять анализировать, следить за всеми изменениями, получать самые разные карты и таблицы Результатом обработки этой информации могут быть не только серии карт в любом масштабе, но и видеоизображения, массивы данных ГИС ARC/INFO позволяет решать сложные задачи управления кадастрами, ресурсами и природной средой, городским хозяйством транспортными перевозками проектирования железных дорог, выявления зон затопления при наводнениях, планирования действии при чрезвычайных ситуациях, определения нанесенного ущерба ARC/INFO выбрано в качестве базового программного обеспечения в крупных национальных проектах, выполняемых в США создание автоматизи­рованной кадастровой системы земельных и минеральных ресурсов системы национального картографирования, водных, геологических и информационных ресурсов В Мексике земельная реформа осуществля­ется с использованием ARC/INFO На базе этого пакета создана одна из самых развитых комплексных кадастровых систем Израиля В нашей стране более 100 организации используют систему ARC/INFO, прежде всего, в области геологии и географии Система ARC/INFO для рабочих станции относится к ГИС первой группы а вариант для PC - ко второй

4 Система MAPINFO

Настольная картографическая система MAPINFO одноименной фирмы соединяет средства обработки географической информации реляционные базы данных, набор команд SQL и графический пользовательский интерфейс Обеспечивается прямой доступ к информации, хранимой в форматах dBASE, Excel, Lotus Дополнительный набор утилит обеспечивает доступ к удаленным серверам баз данных и взаимодействие с другими приложениями, в том числе импорт/экспорт формата DXF пакета AutoCAD MAPINFO используется для создания и анализа карт стран, территорий, районов городов, построек База данных MAPINFO обеспечивает позиционированную взаимосвязь между объектами хранения имеющими единую географическую привязку по широте и долготе

Главной особенностью MAPINFO является необходимость географи­ческой привязки всех картографических материалов содержащихся в GeoDraw позволяет осуществлять перевод карт и панов в цифровую форму при помощи дигитайзера либо путем векторизации по растровым изображениям (черно-белым или цветным) загружаемым в качестве подложки (поддерживается импорт из 11 форматов растровых изображении для PC)

- вводить и редактировать пространственные объекты типа точка дуга узел, полигон (при помощи дигитайзера мыши и та клавиатуры)

использовать широкий спектр функции отображения пространственных данных на экране и изменения масштабов отображения (увеличение и сдвиг изображения просмотр карты одновременно в двух масштабах, отображение определенных слоев),

в процессе цифрования осуществлять топологическое согласование объектов в пределах одного слоя и создавать корректную многослойную структуру цифровых карт при помощи функции согласования объектов в различных слоях,

- формировать группу объектов и проводить с ней различные операции (удаление, копирование, генерализация, идентификация),

- использовать функции преобразования плоскости (аффинные, про­ективные, квадратичные и полиномиальные преобразования, поворот оси) для задач интеграции карт, полученных из разных источников,

- использовать функции идентификации пространственных объектов цифровых карт для связи с имеющимися или создаваемыми базами атрибутивных данных,

- осуществлять согласование цифровых карт и таблиц атрибутивных данных,

- осуществлять экспорт и импорт цифровых карт в обменные форматы (GEN ARC/INFO, VEC/VEH SPANS, MOSS, VEC IDRISI, MIF/MID MAPINFO, DXF, AutoCAD)

В GeoDraw включены функции создания электронных атласов, тематического картографирования, запросов к карте и таблицам, измерений по картам, вывода твердых копий

Система реализована для Windows, имеет более 150 пользователей в России (геология муниципальное управление, кадастр, архитектура, экология, управление внутренних дел, география) и за рубежом (в Нидерландах, Австрии, Франции, США, Канаде, Австралии) GeoDraw относится ко второй группе ГИС

5 Система WinGIS

Примером сравнительно простой, недорогой, но довольно эффективной системы можно считать многофункциональный комплекс WinGIS, разработанный австрийской фирмой PROGIS В нем реализована идея многооконной обработки векторных, растровых и табличных данных с использованием операционной оболочки WINDOWS По сравнению с многими ГИС, система WinGIS отличается универсальностью графических возможностей и гибкостью программных средств, которые могут работать параллельно В системе WinGIS применяется концепция многослойного построения сложных изображений, генерируются любые графические объекты, обеспечивается цифрование и преобразование карт, их вывод на экран отображения или на принтер, формируются базы данных в векторной и растровой форме

Будучи идеальной системой для широкого круга задач, WinGIS обеспечивает достаточный набор функций для двухмерного анализа пространства

WinGIS использует большинство преимуществ, предоставляемых операционной системой WINDOWS версии 3 1 и выше

- стандартный графический интерфейс,

- быструю графику, стандартный обмен данными,

большие возможности по оформлению графических документов Основными отличительными чертами WinGIS являются простота в изучении и работе,

универсальность графических возможностей и гибкость программных средств, генерация любых графических объектов их точное позиционирование

6 GeoGraph

GeoGraph - одно из программных средств геоинформационных систем (ГИС), разрабатываемых Центром Геоинформационных Исследований ИГ РАН.

В набор программных средств ГИС входят:

• GeoDraw (для DOS и Windows) - векторный топологический редактор, позволяющий создавать базы цифровых карт, выполнять их редактирование, преобразования, идентификацию, связь с базами атрибутивных данных и экспорт/импорт с другими ГИС.

• GeoGraph для Windows - ГИС уровня конечного пользователя, позволяющая осуществлять некоторый универсальный общий набор функций ГИС, удовлетворяющий большинство пользователей в различных предметных областях - создание композиций слоев цифровых карт, связанных с базами данных, тематическое картографирование, запросы от карты к таблице и от таблицы к карте, оформление карты, вывод карт в твердой копии на различные устройства и др.

• ГеоКонструктор - инструментальное средство для создания ГИС-приложений, выполненное в стандарте VBX и позволяющее создавать ГИС-приложения в различных средах визуального программирования (Microsoft Visual Basic, Microsoft Visual C++, Borland Delphi, Borland C++, dBase for Windows).

• Специальные приложения (ГеоФит - для построения изолиний и др.).

GeoGraph для Windows дает Вам возможность:

• создавать электронные карты или атласы как композиции картографических слоев, выбираемых пользователем (включая векторные и растровые), и связанных с ними таблиц атрибутивных (тематических) данных;

• управлять масштабированием изображения;

• осуществлять поиск или выбор объектов на карте с отображением результатов в таблице атрибутивных данных;

• осуществлять измерения по карте;

• находить области, удовлетворяющие задаваемым условиям для произвольного набора цифровых карт электронного атласа (динамический Оверлей слоев);

• выводить твердые копии карт на любые печатающие устройства доступные для Windows.

• загрузка в карту одновременно множества слоев различных форматов

• возможность создания непосредственно в GeoGraph 1.5 пространственных объектов (точечных, линейных, полигональных)

• возможность связывания с объектами слоев цифровой видео- и аудио­информации и ее вызова при получении справок по объектам;

• вычисления в таблицах значений полей по простым формулам;

7 GeoDraw

GeoDraw - векторный топологический редактор для создания цифровых карт.Является инструментом для создания высококачественных цифровых карт, учитывающих требования ведущих мировых ГИС. Создаваемая и редактируемая в GeoDraw структура пространственных данных цифровой карты гарантирует при соблюдении технологии корректную фиксацию и изменение отношений между пространственными объектами, их связи с базой атрибутивных данных, позволяет преобразовывать созданные в GeoDraw цифровые карты в другие ГИС (как топологические, например, ARC/INFO, так и нетопологические - Maplnfo и др.) без дополнительных накладных расходов на редактирование.Мощные средства трансформации создаваемых цифровых карт (преобразования около 40 типов картографических проекций, широкий набор преобразований плоскости и др.) позволяет решать задачи их интеграции (осуществлять "склейку" листов, "посадку" одних карт на другие с образованием многослойной структуры и др.);

GeoDraw позволяет:

- осуществлять перевод карт и планов в цифровую форму посредством векторизации по растровой подложке, при помощи дигитайзера, ввода значений координат объектов по имеющимся данным или по результатам измерений на местности;

- вводить и редактировать пространственные объекты при помощи дигитайзера, "мыши", клавиатуры, путем ввода координат или импорта из открытых текстовых форматов;

- подгружать одновременно до 100 слоев, оперативно менять их статус и атрибуты отображения;

- выделять группы объектов в карте или в связанной с ней таблице, удалять, копировать, генерализовать, идентифицировать только выделенные группы;

- осуществлять преобразования цифровых карт из различных картографических проекций в географические координаты и обратно (поддерживается свыше 30 типов проекций);

- использовать набор функций по идентификации пространственных объектов цифровых карт для связи с базами атрибутивных данных.

· подгружать в среду редактора таблицы атрибутивных данных, осуществлять проверку идентификации объектов по табличным данным, при необходимости вводить и редактировать записи таблицы для конкретных объектов карты.

· экспортировать и импортировать данные в широко используемые форматы (GEN PC ARC/INFO, MIF/MID Maplnfo, VEC IDRISI, DXF AutoCAD).

- возможность создания векторных слоев по растровой подложке, включая многоцветные (256 цветов, 24 бита на пиксель и др.) и большие (в сотни мегабайт) растровые изображения;

- перевод растровых изображений в заданную систему координат путем преобразования плоскости;

- возможность создания векторных слоев с большим числом пространственных объектов (значения идентификаторов могут быть более 2 млрд.);