ГИС - ответы

1. История ГИС: первый этап до 1980-х гг.

Возникновение и бурное развитие ГИС было предопределено богатейшим опытом топографического и, особенно, тематического картографирования, успешными попытками автоматизировать картосоставительский процесс, а также революционным достижениями в области компьютерных технологий, информатики и компьютерной графики.

Особо следует отметить идеи и опыт комплексного тематического картографирования, убедительно продемонстрировавшего эффект системного использования разнохарактерных данных для извлечения новых знаний о географических объектах. Комплексность и интегративность до сих пор остается важнейшим свойством ГИС, привлекающим пользователей. В начальный период с конца 1950х годов до начала 1970х годов, сопровождавшийся введением исследований принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, осуществлена наработка эмпирического опыта и реализованы первые крупные проекты и теоретические работы. Именно в этот период были запущены первые искусственные спутники Земли, появились компьютеры, чуть позднее - первые дигитайзеры, плоттеры, графические дисплеи. К этому же периоду относится и появление формальных методов пространственного анализа. Период с начала 1970-х годов до начала 1980-х годов считается периодом государственных инициатив в сфере геоинформационных систем, именно государственная поддержка геоинформационных проектов на этом этапе стимулировала развитие экспериментальных работ в области геоинформационных систем, основанных на использовании баз данных по уличным сетям, созданы автоматизированные системы навигации, системы вывоза городских отходов и мусора, системы обеспечения движения транспортных средств в чрезвычайных ситуациях.

2. История ГИС: второй этап с 1980-х гг.

Пользовательский период (поздние 1980е - настоящее время).

Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и "открытость" программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских "клубов", телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры. С первой половины 1980х годов начался период коммерческого развития геоинформационных систем. Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных геоинформационных систем, расширение области их применения за счёт интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открыли путь системам, поддерживающим корпоративные и распределённые базы геоданных. С конца 1980х годов появились геоинформационные системы пользовательского уровня. Насыщение рынка программных средств для ГИС, в особенности, предназначенных для персональных компьютеров (Desktop GIS) резко увеличило область применения ГИС-технологий. Это потребовало существенных наборов цифровых геоданных, а также необходимости формирования системы профессиональной подготовки и обучения специалистов по ГИС. К сожалению, Россия и бывший СССР не участвовали в мировом процессе развития геоинформационных технологий вплоть до середины 1980х годов. Тем не менее, наша страна имеет свой опыт развития геоинформационных систем и технологий.

3. Организация пространственных данных в компьютере.

В геоинформационных системах используется 4 вида данных: пространственные данные; атрибутивные данные; библиотеки условных знаков; метаданные. Пространственные данные содержат информацию о пространственном положении объектов и описывают их геометрию. При описании в ГИС пространственные объекты разделяются на множество элементарных объектов-примитивов (точки, линии, контуры, поверхности, элементы разрешения изображения). Представление пространственных данных или модель пространственных данных - это способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных. Наиболее универсальными и употребительными из моделей пространственных данных являются: растровое представление (Каждой точке растрового изображения соответствует ячейка в памяти компьютера. При хранении графического изображения количество элементов, заносимых в память, соответствует количеству точек экрана, занятых графическим изображением); векторное представление (основано на математическом описании элементарных геометрических объектов, обычно называемых примитивами, таких как: точки, линии, кривые, окружности и т.д.); GRID представление (способ организации пространственных данных в базе геоданных в виде множества равных по размерам и территориально сопряженных ячеек, упорядоченных в виде строк и столбцов); TIN представление (структура организации географических данных, описывающая трехмерную земную поверхность в виде связанных между собою общими вершинами и сторонами непересекающихся треугольников неправильной формы). Существуют и другие модели пространственных данных, которые встречаются значительно реже и, по этому их описание не приводится.

4. Форматы пространственных данных в ГИС.

Для хранения цифровых пространственных данных, позиционной и атрибутивной их составляющих, применяют различные структуры, которые связаны в основном с векторным или растровым представлениями географических объектов. В векторном формате, в котором пространственные объекты представляются точками, линиями и полигонами, позиционная составляющая обычно хранится в одном файле в виде индексированных записей: индекс кодирует объект (соответственно, точечный, линейный или полигональный), а запись состоит из набора пар или троек координат, число которых в записи соответствует типу объекта: 1 — для точки, п — для линии или полигона. Чтобы отличить записи для линий и полигонов, их либо кодируют разными типами индексов, либо для полигонов в последней записи повторяют координаты первой точки полигона. Значения атрибутов часто упорядочивают в виде таблиц атрибутов. В реляционных моделях каждая клетка таблицы отражает значение одного из признаков определенного объекта. В зависимости от способа отражения временная форма фиксируется в одной таблице атрибутов данного объекта или в нескольких таблицах для различных временных этапов. Таблица отражает тематическую и отчасти — пространственную формы информации. В растровом формате геометрия и атрибуты хранятся в одном файле: записи в нем организованы по строкам или столбцам растра, номера которых кодируют систему координат, а каждое число в записи кодирует уникальное значение атрибута, относящегося к одной ячейке растра (пикселу).

5. Плюсы, минусы векторной и растровой графики, применение в ГИС.

Изображения, которые образуются при помощи прямых и изогнутых линий, называются векторными. Такое строение элементов позволяет изменять любые параметры: размер, вариант окрашивания, форму. Главное достоинство векторной графики – возможность изменения размеров изображения без потери качества картинки. Это значительно упрощает работу с графикой и повышает качество конечного результата. Любые данные, в том числе и данные о простейших графических объектах, хранятся в памяти компьютера в виде различных математических формул. При масштабировании векторных изображений происходит пересчет этих формул и такие визуальные элементы, как линия, окружность или любая другая геометрическая фигура, остаются неизменными. Таким же остается и качество картинки в целом. Дополняет достоинства векторной графики работа как с отдельными примитивными объектами, так и наличие возможности объединять их в группы, сливать, обрезать и выполнять еще очень большое количество различных действий. Недостатки векторных рисунков: 1. Отсутствие возможности создавать реалистичную картинку, близкую по качеству к фотографии, это значительно уменьшает применение векторной графики. 2. Обширная библиотека фильтров, которые создают интереснейшие эффекты при работе с растровыми картинками, в случае работы с кривыми абсолютно бесполезны. 3. В отличие от растровых изображений, файлы, содержащие картинки в векторе, можно редактировать только в той программе, в которой они были созданы изначально; но из этого правила есть исключения, существуют универсальные форматы, они изменяются в большинстве векторных редакторов. Векторный и растровый формат изображения отличаются друг от друга и способом применения. Применение векторной графики ограничено в основном областью полиграфии (иллюстрации, технические рисунки и схемы). Растровая же графика применяется значительно шире. Основным достоинством растровой графики принято считать то, что она обеспечивает более реалистичную передачу градаций цветов и полутонов, а также более высокую детализацию изображения, поэтому графические файлы в этом формате являются оптимальным средством представления тоновых изображений, таких как отсканированные фотографии. Еще один плюс растровой графики состоит в том, что растровое изображение проще вывести на принтер, который в своей работе использует принцип «точка на каждый элемент картинки». При всех своих плюсах растровые изображения, использующие большую битовую глубину (16 или 24 бит на пиксель), занимают очень много места. К тому же для того, чтобы редактировать высококачественные фотографии, требуется достаточно мощный компьютер с большим количеством оперативной памяти. Еще один минус состоит в том, что для растрового графического файла всегда используется фиксированное количество пикселей, поэтому любое изменение изображения (увеличение, поворот и так далее) приводит к неминуемому искажению картинки и границы объектов получаются неровными.

6. Структура и варианты поставки ArcGIS.

Для каждого набора инструментов имеется обзорный раздел, описывающий назначение этого набора инструментов. В обзоре также содержится таблица всех групп инструментов в наборе инструментов со ссылками на обзорный раздел каждой из групп инструментов. В дополнение к этому имеется секция, содержащая ссылки на связанные разделы, которые могут представлять интерес. Для каждого набора инструментов имеется раздел лицензий, который содержит информацию о лицензиях для каждого инструмента в этом наборе инструментов. Для каждой группы инструментов также существует обзорная страница, структурированная аналогично обзорной странице набора инструментов. Принцип организации группы инструментов описан на обзорной странице этой группы инструментов.

За обзором группы инструментов следуют справочные страницы для отдельных инструментов из данной группы инструментов. Наконец, может иметься книга по особенностям работы группы инструментов. Разделы книг по особенностям работы содержат подробную информацию об инструментах из группы инструментов.

7. Принципиальная технологическая схема дистанционных исследований Земли.

Принципиальная схема выполнения аэрокосмических исследований включает основные технологические этапы: получение снимка объекта исследования и дальнейшую работу со снимками – их дешифрирование и фотограмметрическую обработку, а также конечную цель исследований – составленную по снимкам карту, геоинформационную систему, разработанный прогноз. Поскольку получить необходимые характеристики изучаемого объекта только по снимкам без каких-либо натурных определений, без обращения к «земной правде» в большинстве случаев невозможно, необходимо их эталонирование. Важным элементом исследований по снимкам является также оценка достоверности и точности полученных результатов. Для этого приходится привлекать другую информацию и обрабатывать ее иными методами, что требует дополнительных затрат. Несмотря на различие в снимках, способах и приемах их обработки, аэрокосмические методы позволяют решать в физической и экономической географии такие общие задачи, как инвентаризация различного рода территориальных систем, оценка их состояния и возможностей использования, изучение динамики, географическое прогнозирование. Аэрокосмические снимки полезны при различных видах районирования территории.

8. Виды космических снимков и их классификация.

Для выполнения съемок запускаются различные по назначению спутники с разнообразными съемочными системами. Из систем, предназначенных для съемок из космоса, наиболее перспективными признаются оптико-электронные многозональные стереосканеры и радиолокаторы с синтезированной длиной антенны. Все виды космических снимков могут быть подразделены с учетом показателей, определяющих их дешифровочные возможности (обзорности, масштаба и пространственного разрешения (территориального охвата), которые зависят от конкретных параметров съемки: высоты орбиты, характеристик съемочной аппаратуры и др. По обзорности снимки разделяют следующим образом: 1.Глобальные, охватывающие освещенную часть одного полушария - это снимки Земли с геостационарных спутников и межпланетных космических аппаратов. Ширина зоны охвата у них более 10 тыс. км, а территориальный охват составляет сотни миллионов квадратных километров. 2.Крупнорегиональные, отображающие материки - снимки с метеорологических спутников на околоземных орбитах. Ширина зоны охвата от 3 тыс. км у снимков малого разрешения, до 500 км у снимков среднего разрешения, территориальный охват составляет миллионы квадратных километров. 3.Региональные - это снимки с ресурсных и картографических спутников, а также с пилотируемых кораблей и орбитальных станций. Наиболее характерный охват 350 х 350 км², 180 х 180 км², 60 х 60 км². На снимке подобного охвата помещаются государства и небольшие области. 4.Локальные - снимки со спутников для детального наблюдения и крупномасштабного топографического картографирования с охватом порядка 10x10 км².По масштабу космические снимки делят на следующие группы: 1) сверхмелкомасштабные - 1:10 000 000 - 1:100 000 000. Такие снимки получают с геостационарных спутников и с метеоспутников на околоземных орбитах; 2)мелкомасштабные - 1:1 000 000 - 1:10 000 000. Такие масштабы типичны для снимков с ресурсных спутников, а также с пилотируемых кораблей и орбитальных станций; 3)среднемасштабные - 1:100 000 - 1:1 000 000. Снимки таких масштабов получают с ресурсно-картографических спутников; 4)крупномасштабные - 1:10 000 - 1:100 000. Это снимки со спутников для детального наблюдения и крупномасштабного топографического картографирования, в том числе спутников двойного назначения: военного и гражданского. К данной группе относятся и аэроснимки, которые, в свою очередь, дифференцируются по масштабам. По пространственному разрешению снимки разделяют так:1.Снимки низкого разрешения; 2.Снимки среднего разрешения; 3. Снимки высокого разрешения.

9. Синтез цветного изображения.

Компьютерная обработка снимков, представленных в цифровом виде, открывает новые технические возможности для дешифрирования. Специальные пакеты программ позволяют выводить снимок на экран монитора, улучшать качество снимка, а также синтезировать цветные изображения. Результаты компьютерной обработки служат основой для создания карт, которые могут быть записаны в цифровом виде или распечатаны на бумаге. Чтобы синтезировать цветное изображение, из серии зональных снимков выбирают три, окрашивают их в красный (R-red), зеленый (G-green) и синий (B-blue) цвета и совмещают. Смешение этих цветов в разных соотношениях дает все многообразие оттенков на синтезированном снимке. Цвет каждого пиксела зависит от его яркости на соответствующих зональных снимках. Выбор съемочных зон для синтеза определяется задачами, которые нужно решить с помощью цветного изображения, а цветовая гамма подбирается таким образом, чтобы облегчить визуальное восприятие снимка. Например,сочетание красной, зелено-желтой и сине-голубой зон, окрашенных в соответствующие им цвета (RGB:3,2,1), дает изображение в натуральных цветах, а в варианте RGB:4,5,7 растительность изображается оранжево-красным цветом, резко выделяясь среди других объектов.

10. Характеристики электромагнитного излучения и спектральных диапазонов.

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию. Длина волны прямо связана с частотой через скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света. Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики. К таким более специализированным разделам относятся оптика и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий; в соответствии с современными представлениями, при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем - при ещё более высоких энергиях - как ожидается - со всеми остальными калибровочными полями. В качестве спектральной характеристики электромагнитного излучения используют: Длину волны; Частоту колебаний; Энергию фотона. Энергия фотона, согласно квантовой механике, пропорциональна частоте. Длина электромагнитной волны в вакууме обратно пропорциональна частоте и выражается через скорость света. Говоря о длине электромагнитных волн в среде, обычно подразумевают эквивалентную величину длины волны в вакууме, которая отличается на коэффициент преломления, поскольку частота волны при переходе из одной среды в другую сохраняется, а длина волны - изменяется. В верхней части шкалы приводятся значения энергии (в электронвольтах). Частоты, указанные в нижней части шкалы, выражены в герцах, а также в кратных единицах. Шкала частот (длин волн, энергий) является непрерывной, но традиционно разбита на ряд диапазонов. Соседние диапазоны могут немного перекрываться.

11. Разрешение данных съемки: пространственное, радиометрическое, спектральное, временное.

При обработке данных дистанционного зондирования важным показателем является пространственное разрешение на местности, т. е. минимально различимый размер географического объекта. ДДЗ характеризуются несколькими видами разрешений: пространственным, спектральным, радиометрическим и временным. Под термином "разрешение" обычно подразумевается пространственное разрешение.

В зависимости от решаемых задач, могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (10 – 100 м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Снимки низкого пространственного разрешения позволяют одномоментно охватывать значительные территории - вплоть до целого полушария. Такие данные используются чаще всего в метеорологии, при мониторинге лесных пожаров и других масштабных природных бедствий. Снимки среднего пространственного разрешения на сегодня - это основной источник данных для мониторинга природной среды. Съемка высокого разрешения из космоса до недавнего времени велась почти исключительно в интересах военной разведки, а с воздуха - с целью топографического картографирования. Спектральное разрешение указывает на то, какие участки спектра электромагнитных волн регистрируются сенсором. При анализе природной среды, например, для экологического мониторинга, этот параметр - наиболее важный. Подобно тому, как человеческий глаз различает вещества по цвету, сенсор дистанционного зондирования фиксирует "цвет" в более широком понимании этого слова. В то время как человеческий глаз регистрирует лишь три участка электромагнитного спектра, современные сенсоры способны различать десятки и сотни таких зон, что позволяет надежно выявлять объекты и явления по их заранее известным спектрограммам. Радиометрическое разрешение определяет диапазон различимых на снимке яркостей. Большинство сенсоров обладают радиометрическим разрешением 6 или 8 бит, что наиболее близко к мгновенному динамическому диапазону зрения человека. Но есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением, позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка. Это важно в случаях съемки объектов, находящихся в тени, а также когда на снимке одновременно находятся большие водные поверхности и суша. Временное разрешение определяет, с какой периодичностью один и тот же сенсор может снимать некоторый участок земной поверхности. Этот параметр весьма важен для мониторинга чрезвычайных ситуаций и других быстро развивающихся явлений. Большинство спутников обеспечивают повторную съемку через несколько дней, некоторые - через несколько часов. В критических случаях для ежедневного наблюдения могут использоваться снимки с различных спутников.

12. Спектральная яркость различных компонентов ландшафта.

Отражательные свойства ландшафта характеризуются величиной альбедо, которое выражается в процентном соотношении отраженного потока к падающему, а также спектральной яркостью. Коэффициенты спектральной яркости (КСЯ) разнообразны в различных зонах спектра. Их значения не одинаковы для различных объектов. На отражательные свойства растительности влияют пигментация вегетативных органов, условия обитания, морфология (проективные покрытия, ярусность, сомкнутость, видовой состав). Максимум яркости наблюдается в зеленой (540-580 нм) и инфракрасной (740-2000 нм) зонах, минимум - в красной зоне (680-690 нм). Изображение почв наиболее контрастно в оранжево-красной зоне КСЯ распаханных почв больше, чем нераспаханных. Величина КСЯ определяется содержанием гумуса, влажностью, гранулометрическим и минералогическим составом почв, фактурой поверхности. Влага снижает КСЯ почв от воздушно-сухого состояния до полной влагоемкости в два раза. Яркость минеральной части почв возрастает с уменьшением размера частиц. Оптика бореальных ландшафтов отличается следующими особенностями. В зоне преобладают среднеяркие ландшафты. Их яркость обусловлена растительностью, летом она максимально в зеленой и инфракрасной зонах. Широко распространены культурные ландшафты; КСЯ здесь определяется совместным влиянием растительности и почв, поэтому контрастность выражена меньше. Для отражательной способности лесов важен рельеф полога древостоя. Для лесов характерна большая контрастность между освещенными частями крон и тенями, между кронами и промежутками крон. Яркость полевых угодий соответствует элементам фактуры полей - следствие их обработки и занятости сельскохозяйственными культурами. Поэтому для освоенных земель характерен прямоугольно-лоскутный рисунок изображения.

13. Ключевые параметры ДДЗ.

Данные дистанционного зондирования - данные о поверхности Земли, объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в процессе съемок любыми неконтактными, т.е. дистанционными методами. По сложившейся традиции, к ДДЗ относят данные, полученные с помощью съемочной аппаратуры наземного, воздушного или космического базирования, позволяющей получать изображения в одном или нескольких участках электромагнитного спектра. Характеристики такого изображения зависят от многих природных условий и технических факторов. К природным условиям относятся сезон съемки, освещеность снимаемой поверхности, состояние атмосферы и т.д. К основным техническим факторам - тип платформы, несущей съемочную аппаратуру, тип сенсора; метод управления процессом съемки; ориентация оптической оси съемочного аппарата; метод получения изображения. Главные характеристики ДДЗ определяются числом и градациями спектральных диапазонов; геометрическими особенностями получаемого изображения (вид проекции, распределение искажений), его разрешением. Требования к параметрам данных дистанционного зондирования (ДДЗ) напрямую зависят от вопросов потребителей и должны быть совместимы с состоянием и перспективами методов обработки, наличными техническими средствами составляющих комплекс ДДЗ. Основные параметры ДДЗ: комплексность информации по масштабам, разрешающей способности, спектральным диапазонам (спектральное разрешение); обзорность материалов ДДЗ; периодичность (цикличность, временное разрешение); высота полета; угол наклона орбиты; рельеф местности; освещенность местности.

14. Методы и процедуры автоматического распознавания аэрокосмических изображений.

Мониторинг состояния земной поверхности осуществляется на основе процесса дешифрирования снимков. Такие процедуры естественно называть распознаванием объектов. Выбор пространства признаков является важнейшим этапом подготовки к решению задачи распознавания объектов. Другой важный аспект процедуры распознавания заключается в выборе инструмента, с помощью которого производится сопоставление значений признаков анализируемого объекта с их значениями. Одним из современных подходов распознавания объектов на аэрокосмических изображениях является построение нейронных сетей. Одной из ведущих программных систем, использующих для дешифрирования нейронные сети, является EN VI. Для автоматизированного распознавания объектов на аэрокосмических снимках эта программная система использует три группы признаков распознавания: геометрические (форма, размер); яркостные (уровень яркости, цвет); структурные (текстура, структура). Недостаткам и таких подходов являются: сложность распознавания в условиях сильных помех на изображении; необоснованное отнесение объектов снимка в один и тот же класс; слабая адаптация существующих методов автоматизированного распознавания к изменяющимся условиям съемки и обработки изображений. Общая теория метода автоматического цифрового дешифрирования разработана на основе теории распознавания образов. Разработанная теория реализована для простых случаев дешифрирования (изображений мало, и они имеют признаки, которые четко разделяют эти изображения), но не обеспечивает автоматического дешифрирования всего многообразия изображений объектов местности.

15. Структура и интерфейс пакета ERDAS Imagine.

Erdas imagine - растровый графический редактор и программный продукт, предназначенный для обработки данных дистанционного зондирования. Он позволяет обрабатывать, выводить на экран монитора и подготавливать для дальнейшей обработки в программных приложениях ГИС различные картографические изображения. Erdas Imagine может также работать в режиме инструментального средства (Toolbox), позволяющего производить многочисленные преобразования растровых картографических изображений и одновременно способного снабжать их географической информацией. Структура системы - ядром программного обеспечения Erdas Imagine является один из трех вариантов базовых пакетов Imagine Essentials, Imagine Advantage и Imagine Professional. Каждый последующий пакет включает в себя предыдущий и расширяет его функциональные возможности. Дополнительные модули расширения: инструмент сжатия изображений в формат MrSID, модуль обработки векторных данных (Vector), модуль стереообработки радиолокационных снимков (Radar Mapping Suite), модуль атмосферной коррекции (ATCOR), модуль трехмерной ГИС (Virtual GIS), модуль субпиксельной классификации (Subpixel Classifier), модуль блочной триангуляции, создания цифровых моделей рельефа и ортотрансформирования аэрокосмических и наземных снимков, а также инструмент полнофункциональной фотограмметрической обработки (LPS), модуль радиометрической и геометрической коррекции снимков с «Ресурс-О», модуль линеаментного анализа (LESSA).

16. Функции блока визуализации (IMAGINE Viewer).

Viewer служит функциональным ядром системы ERDAS Imagine. Программа предназначена для вывода растрового изображения, векторной графики и аннотаций. Кроме этого, Viewer может синтезировать мультиспектральные изображения. В программе можно открыть одновременно несколько растровых и векторных слоев, перекрывающихся полностью или частично. Есть возможность регулировать степень прозрачности слоев, разными способами управлять масштабом изображения: задавая число пикселей исходного изображения, приходящихся на один пиксель экрана, указывая непосредственно знаменатель масштаба, вписывая изображения в данный размер окна и т.д. В Viewer есть средство для геометрических измерений координат точек, длины линий, периметров и площадей произвольных фигур. Многие операции над растром в ERDAS Imagine могут выполняться не только со всем изображением, но и над его выделенными частями. Рабочие области удобно представить себе как прозрачную пленку - накладку на изображение с нарисоанными произвольной формы контурами. Наборы таких областей сохраняются как поименованные слои особого рода и используются повторно даже с другим снимком той же территории. В Viewer предусмотрены возможности управления контрастом изображения, как в целом, так и отдельно для разных диапазонов значений пикселей в файле и для каждого из цветов RGB (красный, зеленый, голубой). Есть возможность оперировать гистограммами и функциями передачи контраста в графическом виде. В специальных окнах отображаются гистограммы значений пикселей для трех активных в настоящий момент зон и график функции передачи контраста, который можно тут же редактировать - добавить точки излома, изменить наклон, сместить. В программе Viewer можно редактировать растр, например заполнить выделенные рабочие области постоянным значением или результатом интерполяции, применить некоторый фильтр

17. Функции блока импорта/экспорта данных (Import/Export).

Назначение данной функции - перевод изображений в нужный формат. Для работы в программе Erdas Imagine могут быть использованы ранее созданные тематические слои. Для этого они должны быть экспортированы в ГИС в формат .shp (Shapefile, популярный векторный формат географических файлов). В созданный проект в Erdas Imagine подготовленные слои импортируются с помощью комбинации команд «File» - «Open/Vector Layer». После того, как в Erdas Imagine решены какие-либо проектные задачи и получены результаты, данные могут быть экспортированы в любую ГИС. Для этого они должны быть преобразованы вновь в формат .shp. Например, произведена классификация космического снимка или его фрагмента, полученные данные необходимо представить как векторный слой в существующем ГИС-проекте. Для этого воспользоваться клавишей Raster to Shapefile на вкладке Manage Data или Raster, в автоматически появившемся окне указать исходный файл и имя и адрес сохранения конечного, тип координат. Успешным завершением операции является 100%-ый результат. Однако данный инструмент не работает в учебной версии продукта, возникает ошибка лицензии, поэтому необходимо воспользоваться полнофункциональной версией. В дальнейшем, экспортируемый векторный файл можно открыть в ГИС путем импорта данных.

18. Функции блока классификации изображений (Classification).

Классификация представляет процесс распределения пикселей между конечным числом классов или категорий, которые формируются из значений пикселей файла данных. Каждый пиксель удовлетворяет некоторому набору критериев и относится к классу, соответствующему этим критериям. В Erdas Imagine реализован алгоритм неконтролируемой классификации ISODATA (итерационная самоорганизующаяся методика анализа данных). Алгоритм, использующийся для классификации без обучения (безэталонной классификации), базируется на кластерном анализе. Для формирования кластеров используется формула минимального спектрального расстояния. Кластеризация начинается с произвольно заданных средних значений, взятых из существующих сигнатур. После отнесения всех возможных пикселов к одному из классов центры классов сдвигаются и процесс повторяется полностью сначала (следующая итерация). Процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное количество итераций или максимальный процент пикселов, не изменивших свой класс (предел сходимости). Например, если ПС = 0,95, это значит, что процесс кластеризации закончится, как только количество пикселов, не поменявших свой класс, между итерациями достигнет 95%. Другими словами, если только 5% или меньше пикселов поменяют свой класс, процесс классификации закончится (центры классов будут установлены равными тем, которые участвовали в кластеризации на последней итерации).

19. Функции блока создания картографической продукции (Map Composer).

Map Composer - это редактор оформления карт, который является продуктом ГИС Erdas imagine - растрового графического редактора, предназначенный для обработки данных дистанционного зондирования. Ядром программного обеспечения Erdas Imagine является один из трех вариантов базовых пакетов Imagine Essentials, Imagine Advantage и Imagine Professional. Каждый последующий пакет включает в себя предыдущий и расширяет его функциональные возможности. В Map Composer имеется весь набор необходимых средств для создания на базе снимка чистовой картографической продукции. Интерактивные средства дают возможность контролировать размеры и масштаб, создавать и размещать элементы оформления - легенды, координатную сетку и т.п. Подготовленную композицию можно вывести на цветной плоттер, принтер непрерывного тона и на PostScript - принтер, струйные плоттеры.

20. Аспекты создания цифровых моделей рельефа в модуле Virtual GIS.

Модуль Virtual GIS предназначен для построения перспективного изображения регулярной цифровой модели рельефа с возможностью перемещения над ней позиции наблюдателя в реальном времени. При этом допустимо как интерактивное управление направлением перемещения, направлением взгляда и высотой, так и пролет над местностью по заранее проведенному маршруту. На модели рельефа могут быть наложены растровое изображение, а также картографическая информация в векторно-топологическом формате Arc/Info. Возможно получение дополнительных эффектов: эффекта дымки, теней и других для получения более реалистического изображения. Модуль обеспечивает загрузку последовательно нескольких растровых моделей с разделением их на заданное расстояние по вертикали, т.е. построение и визуализацию многослойной структуры. Эту структуру можно рассматривать с разных точек зрения, погружаясь под слои и облетая вокруг "пиков". Модуль Virtual GIS открывает принципиально новые возможности для пользователей ГИС-технологий. Трехмерная визуализация в реальном времени стала доступной достаточно широкому кругу заказчиков, а не только организациям с большими финансовыми возможностями. В отличие от подавляющего большинства систем виртуальной реальности, даже весьма дорогих, Virtual GIS обеспечивает работу с моделью реальной местности. Не представляет труда загрузить для использования в Virtual GIS любые пространственные данные (цифровую модель рельефа, снимки, карты) в растровом формате системы ERDAS Imagine и в векторном топологическом формате Arc/Info.

21. История развития и современные проблемы создания ГИС в природопользовании.

В настоящее время практически ни одна задача природопользования не решается без использования той или иной геоинформационной технологии. Разработка геоинформационных технологий связана с развитием программного обеспечения для обработки и интерпретации геолого-геофизических данных. Реализация программного обеспечения шла по пути создания отдельных программ (1960-1970 гг.), систем программ (1970-1980 гг.) и автоматизированных систем обработки геоданных (конец 70-х – начало 80-х годов прошлого столетия). Существенный прогресс в развитии программного обеспечения связан с появлением географических информационных систем (начало 90-х годов XX века). Основой создания географических систем послужили, с одной стороны, картографические системы, направленные на построение карт различного назначения: географических, топографических, геологических, планов городов, лесных массивов, земельных угодий и т.д., с другой стороны, информационно-поисковые системы, обеспечивающие быстрый поиск требуемой записи, массива, файла по их символам. В свою очередь географические информационные системы Arc Info и Arc View, как наиболее распространенные в России, не предназначенные изначально для решения задач природопользования: геокартирование, прогноз и поиски месторождений полезных ископаемых, изучение глубинного строения земной коры, геоэкология, мониторинг природных систем, – определили развитие геоинформационных технологий на базе синтеза автоматизированных систем обработки данных и географических систем.

22. Обзор ГИС, применяемых в различных отраслях природопользования, их функциональные возможности и назначение.

ГИС находят широкое применение в природопользовании и охране окружающей среды, ибо позволяют: создавать электронные карты, отражающие состояние окружающей среды территории; проводить гео- и имитационное моделирование явлений, происходящих в окружающей среде, с учетом уровней антропогенной нагрузки и эффективности принимаемых управленческих решений; накапливать, хранить и запрашивать информацию по трендам параметров окружающей среды за промежуток времени; оценивать экологические риски территорий и объектов для управления безопасностью при техногенных воздействиях на окружающую среду. Возможности ГИС для интеграции информации, полученной из различных источников, в пространственном контексте делают их пригодными в качестве средств поддержки процедур принятия решений, построения моделей для принятия решения, например в природопользовании, которые должны строиться с учетом множества факторов. Значительная часть информации в сфере природопользования имеет географическую привязку и поэтому является пространственно-координированной. Любой специалист в этой области вынужден применять в своей работе ГИС как для визуализации данных, т. е. создания электронных карт, так и для выполнения различных видов пространственного анализа данных, хранения первичной информации, проведения экспертиз и подготовки принятия управленческих решений. Также ГИС могут служить источником данных для компьютерных моделей распространения загрязняющих веществ в окружающей среде и моделей функционирования экологических систем. Типовой задачей геоэкологических исследований является пространственная интерполяция результатов полевых исследований и анализ полученных пространственных полей. Для лучшего представления результатов исследований бывает полезным применение диаграмм, а их создание также возможно в среде ГИС. Часто при исследованиях в области природопользования возникает необходимость географической привязки растрового слоя - отсканированного изображения бумажной карты или спутникового снимка. Сейчас можно выделить следующие популярные ГИС: GRASS GIS; ILWIS; MapWindow GIS; Quantum GIS и др. Среди перечисленных программ для первоначальной оцифровки карт и их создания используют Quantum GIS - свободную кроссплатформенную геоинформационную систему. Программа QGIS доступна для большинства современных платформ и совмещает поддержку векторных и растровых данных, а также способна работать с данными, предоставляемыми различными картографическими веб-серверами и многими распространенными пространственными базами данных.

23. Исследование и моделирование загрязнений окружающей среды от промышленных предприятий с помощью ГИС-технологий.

В городах наряду с развитой индустрией комфорта обострились проблемы качества среды обитания человека. Оставшиеся в урбанизированных системах фрагментированные природные экосистемы не способны компенсировать негативное воздействие антропогенных факторов, а реально принимаемые административные меры лишь частично сдерживают рост агрессивного воздействия бытовых, транспортных и индустриальных отходов на среду обитания городского жителя. Таким образом, для крупных городов проблема загрязнения воздушной среды выбросами от автотранспорта и промышленных предприятий в последние годы стала наиболее актуальной. Для принятия эффективных мер по снижению экологических рисков необходима качественная оценка негативного воздействия на окружающую среду с последующей визуализацией полученных результатов мониторинга в наглядной и доступной форме. Наиболее удобными и мощными инструментами для обработки данных, имеющих как пространственную, так и семантическую привязку, являются различные геоинформационные системы. С появлением космических спутников дистанционного зондирования Земли высокого разрешения и постоянным совершенствованием ГИС стало возможным решать насущные задачи обновления и поддержания в актуальном состоянии практически всего масштабного ряда картографических данных. Для получения информации об объекте мониторинга используются различные промышленные приборы, основанные на разных физико-химических принципах действия: газоанализаторы, газоаналитические комплексы, дымомеры и др. Даже если в городе имеются посты мониторинга атмосферы, они дают только очень ограниченную информацию. Кроме того, подобные посты расположены неравномерно по всей территории города, а без комплексного мониторинга загрязнения городской среды участки рационального размещения вышеуказанных станций определить достоверно не представляется возможным. На основании вышесказанного, предлагается провести комплексный мониторинг урбоэкосистемы с помощью экологического моделирования с применением ГИС-технологий, позволяющий разрабатывать эколого-географические карты городской среды. Совмещение полученных результатов исследования с цифровой картой города дает возможность оценить уровень экологической опасности рассматриваемой территории с целью дальнейшего контроля этих участков.

24. Использование ГИС для определения рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе от предприятия, расчета СЗЗ.

Расчет зоны загрязнения промышленных предприятий устанавливаются путем расчета рассеивания в атмосфере вредных веществ. Результаты этого расчета представляются в виде изолиний. Еще в СССР были разработаны весьма детальные методики расчета загрязнения от источников выброса вредных веществ, границ СЗЗ, но они весьма сложны и далеко не всегда применялись на практике. Примером решения данной задачи может служить «ГИС социально-гигиенического мониторинга» (ГИС СГМ), которая разрабатывается «Роспотребнадзором» в отделе социально-гигиенического мониторинга на основе ГИС ArcView. Геоинформационные технологии позволяют визуализировать данные мониторинга атмосферного воздуха, почв, воды и показатели состояния здоровья населения, а также наносить границы санитарно-защитных зон промышленных предприятий на карте. Подобное объединение разнородной информации на единой картографической основе помогает более полно оценить экологическую ситуацию в городе, определить взаимное влияние факторов, оценить риски здоровью населения и т. д. Интеграция данных ГИС СГМ в единую информационную среду позволит сделать систему мощным и эффективным аналитическим инструментом для решения экологических задач и охраны здоровья населения. Возможность визуализации данных на карте города, математический аппарат и аналитические функции ГИС позволяют осуществлять не только мониторинг состояния окружающей среды, но и выявлять взаимосвязи между наличием загрязняющих веществ в окружающей среде и заболеваемостью населения, прогнозировать заболеваемость в зависимости от изменения качества окружающей среды, обосновывать возможность размещения промышленных объектов в черте города или необходимость их выноса за его пределы, осуществлять оценку рисков, определять размер санитарно-гигиенических зон, анализировать эколого-гигиеническое состояние территории при проектировании нового строительства и т. д.

25. Применение ГИС для контроля качества поверхностных вод, количества и качества сточных вод промышленных предприятий.

ГИС стали полезным и важным инструментом в области гидрологии для изучения водных ресурсов Земли и управления ими. Изменение климата и повышение спроса на водные ресурсы требуют более грамотного распоряжения одним из самых жизненно важных ресурсов. Поскольку вода в своем возникновении изменяется в пространстве и во времени на протяжении гидрологического цикла, ее изучение с помощью ГИС особенно практично. В то время как предыдущие системы были в основном статичными в своем геопространственном представлении гидрологических объектов, платформы ГИС становятся все более динамичными, сокращая разрыв между историческими данными и текущей гидрологической реальностью. В области гидрологического моделирования анализ обычно начинается с отбора проб и измерения существующих гидрологических районов. На этом этапе исследования ключевыми вопросами являются масштаб и точность измерений. ГИС для гидрологического моделирования заключается в том, что цифровые визуализации данных могут быть связаны с данными в реальном времени. ГИС произвела революцию в курировании, управлении и вводе сложных вычислительных гидрологических моделей. Для моделирования поверхностных вод в цифровые модели рельефа часто накладываются гидрографические данные, чтобы определить границы водораздела. Понимание этих границ является неотъемлемой частью понимания того, куда будут стекать атмосферные осадки. Например, в случае таяния снега количество выпавшего снега можно ввести в ГИС, чтобы предсказать количество воды, которая пойдет вниз по течению. Эта информация находит применение в управлении активами местного самоуправления, сельском хозяйстве и экологии. Еще одно полезное приложение для ГИС касается оценки риска наводнений. Использование цифровых моделей высот в сочетании с данными о пиковом расходе может предсказать, какие области поймы будут затоплены в зависимости от количества осадков. В данном случае классификация основана на химическом составе с целью подбора методов утилизации. Сточные воды промышленных предприятий делятся на три вида: хозяйственно-бытовые стоки; промышленные стоки; поверхностные и инфильтрационные стоки. Для каждого типа сбросов в норме предусматривается своя канализационная система, хотя иногда в некоторых городах все еще смешивают всё вместе. Это только усугубляет проблему последующей очистки.

26. Применение ГИС для оценки деградации земель в агроландшафтах.

Современные компьютерные технологии позволяют в приемлемом временном режиме выполнять целенаправленную обработку и автоматизированную интерпретацию огромных массивов динамических картографических данных. Новая эффективная технология оценки и прогнозирования изменения агроландшафтов с применением геоинформационных программных комплексов является основой для разработки математико-картографических моделей агроландшафтов. Анализ рисунка и размера фотоизображения участков поверхности почвы дает возможность идентифицировать вариант, глубину и степень деградации почв. Разработанные и обоснованные полевыми наблюдениями дешифровочные признаки и регрессионные модели обеспечивают определение варианта и степени деградации почв. Картографическое моделирование визуализирует данные о процессах в агроландшафтах, согласует их численными методами во времени и по типам физических процессов, синтезирует новые параметры, автоматизирует расчет и графическое отображение процессов деградации. Разработанная технология осуществляется по этапам. На первом этапе - инвентаризационном - проводится сбор всей имеющейся информации об объекте обустройства: картографические материалы, аэро- и космоснимки, литературные и статистические данные и т. д. Осуществляется предварительное дешифрирование аэро- и космоснимков визуальными и автоматизированными методами. На данном этапе используются крупномасштабные космоснимки, которые позволяют исключить рекогносцировочные объезды территории и наметить в камеральных условиях объемы полевых работ. Для подробного описания почвенно-растительного покрова с привязкой к каждому структурному элементу проводится ландшафтно-экологическое профилирование на ключевых участках. На втором этапе - оценочно-картографическом - выполняется построение цифровой модели рельефа и составление ландшафтной карты, на их основе создаются производные оценочные карты.

27. Обоснование территориально планировочных решений в сельских регионах с помощью ГИС.

Ключевой целью территориального планирования является отображение в документах этого вида деятельности предназначения территорий в зависимости от сочетания различных факторов их развития (социальных, экономических, экологических и др.). Совокупность перечисленных факторов обеспечивает устойчивое развитие территории, её инженерной, транспортной и социальной инфраструктур, учитывает интересы граждан и их объединений. Основной задачей территориального планирования является конкретизация на местности прогнозов, программ и планов развития районных хозяйственных комплексов. Появление геоинформационных систем и применение их в территориальном планировании дало возможность составлять комплексное решение планировки и развития территории с учетом всех влияющих объектов и факторов. Процесс территориального планирования нередко осуществляется устаревшим методом «вручную», однако ГИС-технологии позволяют существенно модернизировать эту процедуру. При создании ГИС-проекта необходимо определить его цель, для выполнения которой составляются задачи и структура базы данных. С помощью возможностей и функций ГИС создается модель анализа решения поставленных задач и оформления представления результатов, т. е. их визуализации. Алгоритм картографической интерпретации территориального планирования сельского населённого пункта может состоятьиз следующих этапов: 1) занесение всех слоёв данных по территории для создания базы геоданных с помощью функции ArcCatalog; 2) получить уклоны местности с помощью построения цифровой модели рельефа; 3) создать растровую поверхность, выбирая исходным векторный слой «Изолинии» с помощью Spatial Analyst; 4) рассчитать карты уклонов местности с помощью анализ поверхности; 5) вычислить необходимое расстояние от населённого пункта до источников водоснабжения, инженерных коммуникаций, автодорог с использованием функции «Расстояние»; 6) создать растр ограничения территории населённого пункта, включив в него следующие векторные слои: прибрежные полосы, санитарно-защитные полосы; 7) переклассифицировать все полученные растры с помощью функции «Переклассифицировать»; 8) импортировать все полученные данные в единый пространственный слой с помощью Spatial Analyst\Калькулятор растра.

28. Содержание и направление использования ГИС в землеустройстве.

Основные направления использования ГИС в землеустройстве: 1. Систематическое наблюдение за состоянием земельных ресурсов, оценка и прогноз изменений их состояния под воздействием антропогенных и природных факторов. Целью мониторинга является регулирование качества окружающей среды, предотвращение загрязнения земель, обеспечение их продуктивности. По результатам составляются оперативные доклады, отчеты, научные прогнозы и др. Материалы; 2. Прогнозирование и планирование развития территорий на основе оценки ресурсного потенциала земель, организация эффективного земледелия. Прогнозирование входит органической составной частью в систему планирования, является важной формой предплановых разработок. Оперативное картографическое отображение результатов прогнозов развития территорий с использованием ГИС позволяет осуществлять принятие соответствующих управленческих решений по развитию территорий на научном уровне. ГИС-технологии позволяют визуализировать картографическое отображение статистических данных, полученные в результате проведения экономических и социальных исследований для целей землеустройства; 3. Моделирование рационального использования и охрана земельных ресурсов. Рациональное использование земельных ресурсов предполагает всемерное улучшение использования земель по мере роста потребностей и материально-технических возможностей общества. Моделирование использования земель основывается на возможностях ГИС автоматизировать расчеты количественных показателей земельных ресурсов и их последующей визуализации; 4. Качественная оценка земель, изучение их природноэкологического и экономического потенциала, оценка изменений состояния природной среды под влиянием хозяйственной деятельности человека; 5. Территориальное планирование, направленное на определение назначения территорий, исходя из совокупности социологических, экономических, экологических и иных факторов в целях обеспечения устойчивого развития территорий, развития инженерной, транспортной и социальной инфраструктур. ГИС-технологии позволяют перевести организацию рационального использования земельных ресурсов на качественно новую основу с учетом всех составляющих; 6. Информационное обеспечение и ведение земельного кадастра. ГИС предоставляют возможность работы с данными земельнокадастровой информации и востребованы органами государственной и муниципальной власти, земельными службами, коммерческими структурами, собственниками земли и арендаторами, позволяя каждой группе пользователей получать интересующую их информацию.

29. Дистанционные методы в исследовании почвенного покрова, структуры землепользования и состояния сельскохозяйственных угодий.

Изучение почв и почвенного покрова по материалам дистанционного зондирования в нашей стране проводилось с середины прошлого века. На первых этапах, для которых характерно преобладание панхроматической аэрофотосъемки, проводилось контурное картографирование ареалов преобладающих почвенных разностей с последующим установлением их таксономической принадлежности методами почвенной съемки. В 60-е годы 20 в. развивается спектрозональное направление в аэрофотосъемке; вырабатываются основы дистанционной спектрометрии почв и растительности. С середины 70-х годов прошлого века развиваются новые подходы к изучению почвенного покрова, основанные на технологиях космической съемки. Космические методы давали возможность получать картину состояния сельскохозяйственных угодий несколько раз за сезон, благодаря чему появилась возможность проведения их мониторинга. Появление в конце 20 в. гражданских средств спутниковой радиолокации дало новый толчок развитию методов мониторинга почвенного покрова. Благодаря независимости от условий атмосферы радиолокационная съемка существенно расширила возможности анализа почвенных режимов и характеристик в облачные периоды. Современное состояние дистанционных методов мониторинга почвенного покрова характеризуется развитием средств цифрового анализа, интеграцией с ГИС-технологиями, формированием информационного поля открытых источников данных. Все это позволяет проводить комплексирование информации с выработкой новых критериев и признаков, характеризующих состояние почвенного покрова.

30. Использование ГИС при разработке территориальных схем, планов и проектов.

Одним из основных этапов территориального планирования является сбор и анализ исходных данных, результатом чего является комплексная оценка территории, которая направлена на изучение современного состояния и использования территории, выявления негативных и позитивных факторов развития. Появление компьютерных технологий и, в частности, географических информационных систем, качественно изменили ситуацию в территориальном планировании. При этом, ГИС-технологии могут быть эффективно применены для всего ряда документации территориального планирования: от схем территориального планирования страны и субъектов до проектов планировки. Для создания полноценной ГИС субъекта необходимо собрать и аккумулировать огромный объем исходных данных с полной информацией об объекте. Сведения о территории субъекта собираются из самых разных государственных и не государственных организаций и структур, работающих в области архитектуры, кадастра, экономики, статистики, природных ресурсов, инженерной и транспортной инфраструктур и многих других. Так как исходные данные множества организаций, в том числе графические документы, обычно представляются на разных картографических основах и часто в виде схем, именно ГИС-технологии позволяют приводить их к единой картографической основе. Разделы и картографические материалы по отдельным направлениям (природные ресурсы, инженерно-строительные условия, транспорт, административно-территориальное деление, демография, экология, инженерная инфраструктура и т.п.) создаются в цифровом виде, и по существу являются тематическими картографическими и семантическими базами геоинформационной системы. К наиболее используемым при разработке проектной документации можно отнести различные ГИС-продукты компании ESRI, которые позволяют адаптировать все собранные материалы в единую картографическую среду, свободно работать с любыми электронными данными. Они конвертируются, приводятся к единой или необходимой системе координат и проекции (в том случае если мы имеем картографические данные различных форматов).

31. Функционально-планировочное зонирование и определение планировочного каркаса территорий с помощью ГИС.

Функциональное зонирование как инструмент позволяет быть использованным в различных сферах деятельности, в том числе в городском планировании. Разделение городской территории по принципу ведущей функции помогает провести комплексную оценку функциональной нагрузки на ту или иную часть города. Основная задача функционального зонирования заключается в том, чтобы найти рациональное размещение активных функций на территории, т.е. наилучший план функционального зонирования территории. Функциональное зонирование необходимо для устойчивого развития любой территории при осуществлении градостроительной деятельности, что должно обеспечивать безопасность и благоприятные условия жизнедеятельности человека, ограничивать негативное воздействие хозяйственной деятельности на компоненты ландшафта, а также рациональное использование и охрану природных ресурсов. Оценка функционального зонирования территории проводится с использованием ГИС-технологий. Для этого формируется обобщающая классификация: промышленная зона; селитебная зона; общественно-деловая зона; коммунально-складская зона; транспортная зона; зеленая зона. То есть территория делится на районы. Применив картографический, сравнительный и метод пространственного анализа, проводится детальное функциональное зонирование каждого выделенного района. Графически функциональное зонирование города представляется в виде серии картосхем, построенных с помощью программного пакета Quantum GIS путем наложения полигональных объектов на подложку в виде картосхемы SAS.Планета – Яндекс.Карты. Зонирование может осуществляться на основе материалов космических снимков спутника GOOGLE SAS.Планета и данных открытого геосправочника 2GIS.

32. Пространственная оптимизация территориального размещения планировочных объектов с использованием ГИС-технологий.

Территориальное планирование призвано конкретизировать на местности, с «привязкой к территории» прогнозы, программы и планы развития районных народнохозяйственных комплексов, при этом оно существенно их дополняет и обогащает. Стратегия развития территории должна опираться на стратегию социально-экономического развития региона, региональные программы, утвержденные документы территориального планирования. Соответственно, разработка схем территориального планирования должна обязательно опираться на использование компьютерных технологий. Именно появление ГИС-технологий качественно изменило ситуацию в территориальном планировании: кардинально оптимизировался процесс обработки пространственных данных, их обновления в режиме мониторинга. Основными отраслями применения ГИС в области развития территорий являются: -управление земельными ресурсами, земельные кадастры; -инвентаризация и учет объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими; -тематическое картографирование практически в любых сферах его использования; -морская картография и навигация; -аэронавигационное картографирования и управления воздушным движением; -навигация и управление движением наземного транспорта; -управление природными ресурсами (водными, лесными и т. д.); -комплексное управление и планирование развития территории, города. Приведенный список не является окончательным, поскольку сфера использования ГИС постоянно расширяется.

33. Применение ГИС в системе водопользования и водопотребления.

Для решения проблемы водопользования и водопотребления необходима единая система, способная обеспечить лицо, принимающее решения полной, достоверной и оперативной пространственной информацией, необходимой для поддержки принятия стратегических и оперативных решений по управлению водными ресурсами на территории республики. Этой цели можно достичь за счет автоматизации обработки картографических данных на основе современных геоинформационных технологий. ГИС располагает значительным количеством приемов анализа пространственных объектов, с помощью которых исследуют структуру и морфологию явлений с их количественной оценкой. Применительно к водным объектам, ГИС дает возможность учитывать достаточное количество факторов, изменяющихся во времени, которые непосредственно описывают их состояние и по которым можно сделать выводы о состоянии и возможности дальнейшего использования данного объекта для определенных целей. Таким образом, получив разнородные данные, такие как результаты химического, гидробиологического анализов, анализа почв, результаты гидрологических обследований и социально-экономического анализа и др., можно создать базу геоданных и произвести комплексное оценивание с соблюдением требований единства измерений с целью последующей интеграции, визуализации и предоставления их лицу, принимающему решения. На основе созданной информационной базы появится возможность оперативно решать следующие конкретные задачи: оценка состояния водных объектов по качественным и количественным показателям; выполнение модельных исследований, в которых собранная информация послужила бы исходными данными: определение объемов экологических попусков и безвозвратного изъятия поверхностных вод для каждого водного объекта; оптимизация размещения распределенных объектов (дамб, плотин, инженерных сетей и др.); моделирование и прогнозирование последствий аварий; разработка перспективных планов эксплуатации водохранилищ и водохозяйственных систем комплексного назначения; обеспечение мероприятий по рациональному использованию водных объектов и т.д.

34. Исследование и пространственное моделирование динамики загрязнения водных объектов с помощью ГИС.

Важнейшей задачей мониторинга водных объектов является не только получение информации, но и ее рациональное хранение, обработка и представление. При комплексном подходе, характерном для экологии, необходимо опираться на обобщающие характеристики, в противном случае обоснованность выводов и принимаемых решений не будет достигнута. Простого накопления данных недостаточно. Все данные должны быть легко доступны, и кроме того, должна быть обеспечена возможность систематизации данных применительно к особенностям решаемых задач. На этапе обработки и анализа необходимо иметь возможность связывать разнородные данные друг с другом, сравнивать, анализировать, просто просматривать их в удобном и наглядном виде, создавая на их основе нужные таблицу, схему, чертеж, карту, диаграмму и т. п. Поэтому одной из важнейших проблем при создании системы экологического мониторинга является разработка единого информационного пространства, объединяющего данные, систему оценок, модели объектов, позволяющего выявить закономерности и тенденции в распространении вредных веществ, рассчитать баланс этих веществ для водного объекта в целом или для отдельных его частей. Наиболее полно всем перечисленным требованиям отвечают современные геоинформационные системы, представляющие собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существующих автоматизированных систем, а с другой - обладают такой спецификой в организации и обработке данных, которая позволяет использовать ГИС в качестве основы современных систем мониторинга. При пространственном анализе загрязнения водного объекта одиночные результаты контроля в местах отбора проб не дают наглядной картины распространения загрязнения, не позволяют выявить тенденции развития ситуации и найти причины возможных превышений. В связи с этим при помощи модуля Geostatistical Analyst разработывается система пространственного моделирования загрязнения водного объекта. Основные этапы пространственного моделирования загрязнения: сбор данных; точечная модель загрязнения; исследование данных; выбор модели; оценка поверхности; сравнение моделей.

35. Проектирование водоохранных зон и прибрежных защитных полос водных объектов с помощью ГИС.

Выделение границ водных объектов и их водоохранных зон связано с решением комплекса сложнейших технических и правовых проблем. В настоящий момент не существует единых методических указаний по выделению таких зон. Возникает необходимость использования комплексного подхода. Программно-аппаратный комплекс ГИС предназначен для сбора, хранения, манипулирования, анализа и представления пространственно привязанной атрибутивно-графической информации о процессах и явлениях, происходящих на определенной территории. При создании комплексной ландшафтной ГИС охватывается большой объём информации о рельефе, гидрографии, подробные характеристики всех ландшафтных систем. Пространственный анализ позволяет с высокой точностью построить водоохранные зоны и прибрежные защитные полосы. ГИС «Водоохранная зона» - программа, способная определять на изображении водную поверхность и устанавливать для нее водоохранную зону в результате чего можно будет выявить какие факторы негативно сказываются на заданный водоем и затем обдумать план действий для снижения нагрузки на него. Функциональными возможностями ГИС «Водоохранная зона» являются: 1) Загрузка картографических изображений; 2) Хранение всех загруженных снимков в базе данных; 3) Работа с загруженными снимками; 4) Оцифровка загруженных снимков; 5) Автоматическое построение водоохраной зоны исходя из заданных параметров; 6) Создание файла привязки для дальнейшей работы в программе «MapInfo».

36. Применение ГИС для поддержки функций управления лесными ресурсами.

Одним из современных подходов к управлению лесным потенциалом страны и региона является использование геоинформационных систем. Планирование рационального использования лесных ресурсов и реализация планов требует в настоящее время полной и оперативной информации о постоянно изменяющегося состоянии природного ресурса. Разрешить эту проблему возможно с помощью лесных кадастров разработанных с использованием геоинформационных систем. ГИС дают возможность легко интегрировать и использовать имеющиеся источники табличной и картографической информации для повышения качества принимаемых решений в лесном хозяйстве. Большинство сложностей по управлению лесными ресурсами на базовом уровне в действительности являются информационной проблемой. Лесоводство было одной из первых отраслей, применивших ГИС в создании планов, согласовании графиков, принятии важных решений по использованию ресурсов. Например, можно задать лесную делянку и быстро получить сводку об объемах древесины, распределении видов, сопутствующих продуктах, возможных последствиях для природной среды и естественных местообитаний. Несмотря на преимущества использования ГИС в управлении лесными ресурсами массового применения технологии ГИС в отрасли не произошло. Такая ситуация связана с тем, что использование передового опыта применения ГИС-технологий в отдельных территориальных структурах управления лесным хозяйством невозможно из-за отсутствия их централизованного распространения. Сложности широкого распространения ГИС-технологий в использовании кадастровой оценки связаны также с недостаточной отраслевой адаптацией ГИС.

37. Использование ДДЗ для интегрированного управления лесными ресурсами.

Важным условием повышения эффективности управления лесными ресурсами, ведения лесного хозяйства и лесопользования является наличие достоверной информации о лесном фонде. Традиционная технология формирования лесоустроительных картографических материалов отличается значительной трудоемкостью. С появлением спутников дистанционного зондирования Земли, оборудованных оптико-электронными сенсорами сверхвысокого разрешения, сканерные космические снимки смогли составить конкуренцию аэрофотоснимкам в качестве исходного материала для крупномасштабного картографирования. По техническим характеристикам современные сканерные снимки пригодны для создания карт масштабов 1:5000 и мельче. Переход на использование материалов космической съемки, в том числе сверхвысокого разрешения, позволит повысить точность и сократить сроки и затраты на геопривязку снимков и их дальнейшую обработку вследствие отображения на космоснимках значительных по площади территорий. Кроме того, стоимость материалов разовой космической съемки, как правило, ниже, чем АФС. Существенный недостаток материалов космической съемки сверхвысокого разрешения на сегодняшний день - это отсутствие стереоизображений по приемлемой цене, что ограничивает возможности выполнения дешифрирования насаждений, различающихся по высоте. В связи с интенсивным развитием рынка материалов ДЗЗ и вводом в действие новых спутниковых систем, цены, надо полагать, будут снижаться и на данный вид материалов. На сегодняшний день материалы дистанционного зондирования (WorlView-2, GeoEye, QuickBird, Pleiades и др.) уже используются при устройстве лесов Республики Беларусь.

38. Применение ГИС в туристско-рекреационной деятельности.

В туристско-рекреационной деятельности ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы пользователей, выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий, выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом). В настоящее время все большее применение находят ГИС-технологии в туристском проектировании и в процессе эксплуатации туристских ресурсов и объектов туристской индустрии. Геоинформационные системы предназначены для совмещения графического представления совокупности площадных, линейных и точечных объектов карты или плана с хранением в базах данных атрибутивной информации, описывающей свойства и взаимосвязи этих объектов. Таким образом, организации получают возможности: автоматического создания цифровых карт; проведения сложного пространственного анализа, моделирования и прогнозирования с использованием стандартных средств программного обеспечения; редактирования пространственного, графического и атрибутивного представления объекта; отбора объектов по их графическим свойствам; сохранения информации во внешних базах данных. ГИС могут оказать большую помощь туристской деятельности, если будет создана ГИС карта с нанесенными на ней рекреационных зон, планы территорий, информация о местах отдыха, фотографии достопримечательностей, окрестностей, пляжей и другие объекты, представляющие интерес для туриста. Особую роль ГИС играют при разработке проектов перспективного планирования развития туризма.

39. Применение ГИС в природоохранной деятельности.

В ходе экологического мониторинга осуществляется сбор и совместная обработка данных, относящихся к различным природным средам, моделирование и анализ экологических процессов и тенденций их развития, использование данных при принятии решений по управлению качеством окружающей среды. Таким образом, в природоохранной деятельности ГИС являются мощным средством поддержки принятия управленческих решений. Результат экологического исследования, как правило, представляет оперативные данные следующих типов: констатирующие (измеренные или смоделированные параметры состояния экологической обстановки в момент обследования),

оценочные (результаты обработки измерений и получение на этой основе оценок экологической ситуации), прогнозные (прогнозирующие развитие обстановки на заданный период времени). Особенностью представления данных в системах экологического мониторинга является то, что на экологических картах в значительной степени представлены ареальные геообъекты (например, области с одинаковой концентрацией загрязняющего вещества). Сегодня предлагается целый ряд специализированных программ для профессиональной деятельности в области охраны окружающей среды, реализующих элементы технологии ГИС. Они могут предназначаться для оценки загрязнений и их последствий и привязки результатов к конкретной местности. Основой таких программ является математическая модель процесса. На основе данных об источнике загрязнения, климатических характеристик можно рассчитать поле загрязнения, и результаты будут визуализироваться с учетом пространственных данных. Применение стандартизованного метода расчета позволяет использовать полученные результаты для принятия управленческих решений.

40. Ведение мониторинга на ГИС основе. Задачи, инструменты, запросы.

Благодаря большой функциональности ГИС-технологий, они способствуют мониторингу различных геогр. явлений и процессов. Например, мониторинг земель. Мониторинг включает в себя следующие виды работ: сбор информации о состоянии земель в РФ, ее обработку и хранение; непрерывное наблюдение за использованием земель, исходя из их целевого назначения и разрешенного использования; анализ и оценку качественного состояния земель с учетом воздействия природных и антропогенных факторов. Одной из главных задач мониторинга является создание эффективного управления имеющимися ресурсами. Такую роль выполняют ГИС-технологии, объединяющие различную информацию в единый информационно-аналитический комплекс на основе пространственных данных. Сфера применения ГИС-технологий - это управление земельными ресурсами, земельные кадастры; проектирование, инженерные изыскания и планирование в градостроительстве; тематическое картографирование; инвентаризация и учет объектов; морская картография и навигация; анализ рельефа местности; навигация наземного транспорта; управление воздушным движением; геология; мониторинг окружающей среды; управление природоохранными мероприятиями; управление природными ресурсами. Применение ГИС-технологий для мониторинга земель позволяет создавать карты непосредственно в цифровом виде по координатам, полученным в результате измерений на местности или при обработке материалов дистанционного зондирования. При создании цифровых карт в среде ГИС упор делается на создание структуры пространственных отношений между объектами, четко различаются понятия точного и неточного совпадения границ, легко осуществимо использование уже ранее оцифрованных границ при создании смежных объектов, в том числе и при работе в других отраслях, легко и в явном виде фиксируются отношения связности, соседства, смежности, вложенности, пересечения и др. пространственных объектов, необходимых при решении широкого круга аналитических и практических задач). Цифровые карты служат основой для изготовления обычных бумажных и компьютерных карт на твердой подложке и содержат данные и правила, описывающие положение и пространственно-логические взаимоотношения объектов местности.

41. Моделирование и прогнозирование сценариев чрезвычайных ситуаций на ГИС основе.

Отличительной чертой современного этапа развития общества является обострение глобальных проблем, которые приводят к росту ЧС природного и техногенного характера. Одним из способов снижения рисков возникновения ЧС природного и техногенного характера является их предупреждение путем прогнозирования. Прогнозирование представляет собой предсказание будущих событий. Целью прогнозирования является уменьшение риска при принятии решений. Основные задачи при прогнозировании ЧС природного и техногенного характера включают в себя: − прогнозирование частоты чрезвычайных ситуаций (например, паводков, пожаров и др.) и их последствий; − прогнозирование ущерба, гибели людей, числа пострадавших в конкретной чрезвычайной ситуации; − прогнозирование потребности в специалистах по конкретным видам деятельности в области обеспечения безопасности и др. Для моделирования и прогнозирования сценариев ЧС ГИС могут представлять собой параллельную вычислительную систему, состоящую из большого количества элементарных единиц обработки информации - нейронов, накапливающих экспериментальные знания и представляющих их для последующей обработки. ГИС способны повышать точность прогноза за счет корректировки формы функций принадлежности и вида нечетких правил на основе статических данных. Вся необходимая база данных для прогнозирования ЧС загружаются в ГИС, которые в свою очередь проводят вычислительные процессы и выдают довольно четкий результат. Следует также отметить тот факт, что эффективное решение задачи прогнозирования возможно только в том случае, если ГИС обучается на большом объеме данных. В случае малоразмерной или некачественной обучающей выборки даже самый лучший алгоритм не даст удовлетворительного результата, поскольку без полноценного набора данных ГИС принципиально не способна обучиться. Под термином «обучение» понимается способность ГИС повышать точность прогноза за счет корректировки формы функций принадлежности и вида нечетких правил на основе статических данных.

42. Использование ДДЗ в мониторинге окружающей среды.

Окружающая среда представляет собой комплексный объект, характеризуемый множеством параметров, и одновременный учет их всех представляется делом сложным. Для контроля за изменениями экологической обстановки, обусловленными антропогенной деятельностью определяется набор параметров или экологических событий, комплексный учет которых сможет дать адекватную картину, как текущего состояния, так и его изменений во времени. В целях повышения достоверности оценок экологического состояния проводится выбор экологических событий на основе принципов доступности получаемой информации при помощи средств дистанционного зондирования Земли и адекватности комплексного описания экологической обстановки, получаемой при учете этих факторов. Так среди критериев отбора можно выделить следующие факторы: 1. устойчивая связь экологически неблагоприятных событий с видами производственной и хозяйственной деятельности, связанной с возможными неблагоприятными воздействиями на экологическое состояние окружающей среды; 2. взаимосвязь событий между собой, возможность их влияния не только на основополагающую сферу воздействия, но и на остальные геосферы, а также наличие высокой вероятности неблагоприятных экологических последствий этих событий; 3. длительность события, которое может быть зафиксировано методами дистанционного, в т.ч. аэрокосмического, мониторинга; 4. массовость или частота события и т.д. Событиями, удовлетворяющие описанным критериям и формирующим комплексную картину могут быть: - загрязнения окружающей среды вследствие пожаров; - химическое загрязнение почвы и поверхностных вод в результате розливов нефтепродуктов; - физическое воздействие (механическое загрязнение) и пр. Данные события или их последствия доступны для определения методами и средствами дистанционного зондирования. Таким образом, можно сделать вывод о возможности эффективного использование ДДЗ Земли для мониторинга окр. среды по ряду выбранных экологически значимых событий. Использование ГИС совместно со средствами предварительной обработки позволяет вести комплексный мониторинг экологического состояния наблюдаемых объектов.