Математическая основа географических карт

1.

Математическая основа
географических карт
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

2.

Форма Земли
Физическая
Уровенная
поверхность
поверхность
Геоид – это уровенная поверхность морей и
океанов в спокойном состоянии, мысленно
продолженная под материки (И. Листинг, 1873 г.)

3.

Эллипсоид Красовского
Элементы земного эллипсоида
Размеры
Большая полуось (экваториальный радиус) - а 6 378 245 м
Малая полуось (полярный радиус) - b
6 356 863 м
Сжатие – a=(a-b)/a
1:298,3
Средний радиус Земли, принимаемой за шар 6 371 117,7 м
Длина меридиана
40 008 548 м
Длина экватора
40 075 04 м

4.

Основные понятия
– Меридиан – условная линия, проведенная на
поверхности Земли от одного полюса до другого.
– Параллель – условная линия, проведенная по
поверхности Земли параллельно экватору
– Экватор – условная линия
сечения земной поверхности
плоскостью, проходящей через
центр Земли, перпендикулярно
оси её вращения.

5.

Географическая система
координат
Географическая система координат – это
сферическая угловая система координат
определяющая положение любого объекта в
пространстве непосредственно на поверхности
Земли.
При определении географических координат
Земля принимается за шар, а не эллипсоид
вращения.

6.

Географическая система
координат
Географическая широта – угол между
плоскостью экватора и нормалью*, проведенной из
искомой точки.
*Нормаль – отвесная линия, проведенная из любой точки
на поверхности Земли к центру Земли и перпендикулярная
к поверхности Земли в данной точке.
Географическая долгота – двугранный угол
между
плоскостью
начального
(нулевого
Гринвичского)
меридиана
и
плоскостью
меридиана, проходящего через искомую точку.

7.

Географическая система
координат

8.

Равноугольная поперечно-цилиндрическая
проекция Гаусса-Крюгера
Для получения картографической сетки и
составления карты в проекции Гаусса-Крюгера
поверхность земного эллипсоида разбивают по
меридианам на 60 зон по 6°.

9.

Равноугольная поперечно-цилиндрическая
проекция Гаусса-Крюгера

10.

Плоская прямоугольная система координат

11.

Основные понятия
картографии
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

12.

Картография
наука
об
отображении и познании природных и
социально-экономических
геосистем,
пространственного
расположения,
сочетания и взаимосвязи объектов,
явлений
природы
и
общества
посредством карт как моделей.
Картография (техническая) наука о картах и картографических
произведениях, их свойствах, методах их
создания и использования.

13.

Картографические произведения –
это пространственные образно-знаковые
модели,
способные
показывать
перемещение
явлений,
их
пространственные
изменения,
взаимосвязи и развитие во времени,
отображать
накопленные
знания
и
служить для приобретения новых знаний и
их графического отображения.

14.

В системе картографии России выделяют
два направления:
–
географическая
картография
отображает и исследует географические
системы в целом, отдельные их компоненты
и их взаимодействие друг с другом;
–
инженерная
картография
занимается
изучением
техники
и
технологии создания и использования
картографических произведений, а также
производством
картографических
произведений.

15.

–
Познавательная
(модельно-познавательная)
концепция трактует картографию как познавательную науку,
тесно связанную с науками о Земле, естественными и социальноэкономическими науками, теорией познания и отдает
предпочтение в изучении действительности картографическому
моделированию,
рассматривая
карту
как
модель
действительности.
–
Коммуникативная
концепция
рассматривает
картографию как отрасль информатики, а карту как средство
коммуникации, канал информации.
– Языковая (картоязыковая) концепция считает
картографию как науку о языке карты, а карту — как особый
текст, выполненный с помощью условных знаков.
– Геоинформационная концепция рассматривает
картографию как науку о системном информационнокартографическом моделировании и познании геосистем, а
карта – как образно-знаковая геоинформационная модель
действительности.

16.

– общая теория картографии включает понятие о
предмете и методе картографии, изучает вопросы
методологии создания и использования карт;
– история картографии - изучение основных
этапов и закономерностей в развитии картографической
науки и производства;
– математическая картография - изучает
математическую основу карт: масштаб, координатные
сетки, картографические проекции, изучает их свойства,
виды, методы, виды искажений и методы их оценки, выбор
и изыскание проекций для различных карт, компоновка и
ориентирование карт;
– картографические способы изображения изучает и разрабатывает теорию и методы построения
картографических знаков, способы изображения явлений
на тематических картах;

17.

– проектирование и составление карт раздел, изучающий методы и процессы камерального
изготовления оригиналов карт и вопросы научнотехнического руководства изготовлением карт на всех
этапах работы над ними;
– оформление карт - разрабатывает способы
графического отображения содержания карт, их
штрихового и красочного оформления, включая и
средства компьютерной графики;
– издание карт – разрабатывает методы и
процессы
воспроизведения
и
механического
размножения (печатания) карт, атласов и другой
картографической продукции;

18.

– картографическая информатика - раздел,
изучающий и разрабатывающий методы сбора,
хранения и доведения до потребителей информации о
картографических произведениях и источниках, их
систематизацию, составление каталогов, указателей,
списков, обзоров картографических произведений;
– картографическая топонимика - выбор
географических названий и их правильная передача на
картах, определение смыслового значения названий и
терминов и их нормализация и стандартизация;
– картометрия - наука об измерении и
исчислении по картам длин, высот, координат,
площадей, объемов, углов и прочих данных.

19.

Виды картографирования
• по объекту – астрономическое, планетное и
земное, а внутри последнего - картографирование суши и
океанов;
• по методу – наземное, аэрокосмическое и
подводное;
• по назначению и практической ориентации
– учебное, научное, туристическое, навигационное
(морское, аэронавигационное);
• по
масштабу
–
крупно-,
среднеи
мелкомасштабное;
• по
принципу
составления
(уровень
обобщения) – аналитическое, синтетическое и
комплексное;
• по оперативности - базовое и оперативное.

20.

Географическая карта – уменьшенное, обобщенное
изображение поверхности Земли, других небесных тел или
небесной сферы, построенное по математическому закону на
плоскости и показывающее посредством условных знаков
размещение и свойства объектов, связанными с этими
поверхностями.
Основные свойства географических карт:
1.
Пространственно-временное
подобие
картографического изображения и самого объекта, которое
проявляется в трех аспектах:
–
геометрическое
подобие
размеров
и
форм
картографических объектов;
– временное подобие, то есть отражение на карте
состояния и развития объекта в конкретный момент времени;
– подобие отношений, связей, соподчиненности
объектов.

21.

2. Содержательное соответствие, то есть научно
обоснованное отображение главных особенностей действительности
с учетом генезиса, внутренней и внешней структуры, иерархии
объектов.
3.
Свойство
абстрактности,
оно
выражается
в
генерализации,
переходе
от
индивидуальных
понятий
к
собирательным, обобщающим, в отборе типичных характеристик
объектов и устранении мелких второстепенных деталей.
4. Свойство избирательности и синтетичности. Карты
способны вычленить и раздельно представить те процессы, факторы,
аспекты объекта, которые в реальной действительности проявляются
совместно.
5. Метричность – свойство карты, обеспечиваемое
математическим законом построения, точностью составления и
воспроизведения карты. Наличие масштаба, классификаций, шкал и
градаций
позволяет
по
картам
выполнять
измерения
количественных (картометрических) показателей и определения
качественных характеристик.

22.

6. Однозначность – свойство карты как модели иметь только
одно значение в каждой точке в пределах принятой системы
условных обозначений. Однозначность проявляется в двух
отношениях:
– пространственная однозначность – в каждой точке карты с
координатами X, Y поставлено в соответствие лишь одно значение Z
картографируемого параметра;
– знаковая однозначность – каждый условный знак на карте
имеет только одно точно зафиксированное в легенде значение.
7. Непрерывность – свойство, которое означает, что
картографическое изображение присутствует во всех точках карты,
на ней нет пустот и разрывов (за исключением разрывов,
обусловленных некоторыми картографическими проекциями).
8. Наглядность – возможность удобного зрительного
восприятия пространственных форм, размеров, размещения, связей
объектов. Это свойство обеспечивается продуманным отбором
элементов
содержания,
целесообразной
генерализацией,
тщательным выбором изобразительных средств. С наглядностью
тесно связана читаемость карты.

23.

9. Читаемость карты – визуальная различимость элементов
и деталей картографического изображения.
10. Обзорность карты – способность карты представлять
единому взгляду (обзору) читателя сколь угодно обширные
пространства (вплоть до планеты в целом), главные закономерности
размещения и взаимосвязи объектов, основные элементы их
структуры.
11. Высокая информативность. На единице площади
карты размещается большое число знаков, количественных
характеристик, названий. Знаки на карте могут сочетаться,
перекрываться (например, на цветовой фон могут накладываться
штриховки, значки, изолинии), что повышает информативность
карты. На всякой карте информация передается не только с
помощью значков, как таковых, но и посредством их
пространственных сочетаний. Различают информацию:
– непосредственно воспринимаемую читателем при чтении,
восприятии карт;
– скрытую информацию, которую можно получить, выполнив
по карте определенные измерения

24.

Состав и классификация
географических карт
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

25.

Географическая карта – уменьшенное,
обобщенное изображение поверхности Земли,
других небесных тел или небесной сферы,
построенное по математическому закону на
плоскости и показывающее посредством условных
знаков
размещение
и
свойства
объектов,
связанными с этими поверхностями.
Географические карты состоят из следующих
элементов:
1.
Математическая
основа
–
картографическая
проекция,
масштаб,
геодезическая основа (на крупномасштабных
картах) и компоновка.

26.

2.
Картографическое
изображение
(содержание
карты)
–
физикогеографические
(гидрография,
рельеф,
растительность и грунты) и социальноэкономические (населенные пункты, пути
сообщения и средства связи, объекты экономики
и культуры, политического и административного
деления) элементы.
На тематических и специальных картах:
общегеографическая часть содержания –
географическая основа для ориентирования по
карте и привязки; основное содержание –
характеристика
почв
или
геологического
строения территории.

27.

3. Вспомогательное оснащение – легенда
(условные обозначения и текстовые пояснения к
ним), картографические графики для измерений
по картам, справочные данные (название карты,
автор, редактор, используемые источники,
издательство, место и год издания).
4. Дополнительные данные – картыврезки, профили, текстовые и цифровые данные,
диаграммы, графики, фотографии, таблицы,
которые поясняют, дополняют и обогащают
картографическое изображение.

28.

Классификация географических карт
Все географические карты классифицируют
по 4 характеристикам: охвату территории,
масштабу, назначению и содержанию.
По охвату территории различают карты
Земли, полушарий, материков и океанов, стран,
областей и других административных единиц,
природных и экономических районов, отдельных
территорий (туристско-экскурсионных районов,
заповедников, населенных пунктов).

29.

По масштабу различают карты:
–
крупномасштабные
(топографические)
имеют масштаб 1:200 000 и крупнее;
–
среднемасштабные
(обзорнотопографические) имеют масштаб 1:300 000 –
1:1 000 000;
– мелкомасштабные (обзорные) имеют
масштаб 1:2 000 000 и мельче.
Топографические карты подразделяются на:
топографические планы – 1:500, 1:1000 и 1:2000;
топографические карты крупного масштаба –
1:5000 и 1:10 000; среднего масштаба – 1:25 000
и 1:50 000, мелкого масштаба –1:100 000 и
1:200 000.

30.

По назначению выделяют карты учебные и
справочные.
Справочные карты в зависимости от
характера задач, решаемых с их помощью,
подразделяют на научно-справочные, военные,
туристические.
По содержанию карты подразделяются на:
– общегеографические – передают внешний
вид
земной
поверхности
и
некоторые
особенности объектов, расположенных на
местности;

31.

– тематические карты отражают размещение
разнообразных
природных
и
социальноэкономических явлений с их качественными и
количественными особенностями.
Тематические карты подразделяются на
физико-географические
(карты
природы),
социально-экономические и карты природнообщественной сферы (гипосферы).
–
специальные
карты
предназначены
главным образом для технических целей: карты
навигационные,
кадастровые,
инженернотехнические, проектные и др.

32.

По степени обобщенности показателей все
тематические карты делятся на:
– аналитические – карты, дающие конкретную
характеристику одного или нескольких природных
или
социально-экономических
явлений,
без
отображения связей и взаимодействий между ними;
– синтетические карты дают целостное
пространственное
отображение
явлений
в
результате интерпретации наиболее существенных
показателей, их соединения и обобщения с учетом
связей между ними;
– комплексные карты отображают несколько
природных
или
социально-экономических
элементов.

33.

Среди тематических карт также выделяются:
– карты динамики передают движение, развитие
определенного явления или процесса во времени
или его перемещение в пространстве (перемещение
водных масс, атмосферных вихрей, рост городов);
– карты взаимосвязей отображают характер и
степень пространственных связей нескольких
явлений (атмосферного давления и ветров,
внесения удобрений и урожайность с/х культур);
–
инвентаризационные
карты
–
это
аналитические карты, отображающие наличие,
расположение и состояние объектов и явлений
(природных и трудовых ресурсов, объектов
экономики и др.);

34.

оценочные карты – карты, дающие оценку
определенных явлений (объектов) для решения
конкретных задач (карты оценки природных
условий территории для строительства населенного
пункта). Это прикладные карты, составляемые на
основе инвентаризационных карт, чаще всего
отражающих взаимодействие человека и природы;
– индикационные карты отражают предсказания
и выявления неизвестных явлений на основе
других, хорошо известных (индикационные карты
растительности используются для выявления
тектонических разломов, отдельные виды растений
являются индикаторами для ряда полезных
ископаемых);

35.

– прогнозные карты отображают неизвестные в
настоящее
время
или
недоступные
для
непосредственного наблюдения явления и процессы,
происходящие
как
во
времени
(динамика
численности населения в будущем, изменения в
структуре промышленного производства), так и в
пространстве
(размещение
месторождений
полезных ископаемых, строение недр Земли).
– рекомендательные карты обычно составляются
на основе оценочных и прогнозных карт и содержат
конкретные предложения (рекомендации), которые
необходимо провести в данной ситуации на
конкретной территории для достижения какой-то
цели (рациональное использование земель, охрана
окружающей среды и т.д.).

36.

Другие картографические произведения:
– глобусы – модель земли, на которой не
искажаются длины линий, площади, углы и формы;
– географические атласы – систематические
собрания географических карт, взаимосвязанных и
дополняющих друг друга, объединенных общей
идеей, согласованных по математической основе,
средствам изображения и оформления;
– рельефные карты – трехмерные объемные
изображения земной поверхности и связанных с ней
явлений;
– профили – чертежи местности секущие
вертикальной
плоскостью
по
определенному
направлению;

37.

– анаглифные карты – карты, составленные в
двух цветах (например, красном и сине-зеленом) с
параллактическим смещением;
– цифровые карты – цифровые модели
географических карт, представленные в виде
закодированных числовых значений плановых
координат Х, У и Z. Их получают путем цифрования
картографических
источников,
либо
путем
фотограмметрической
обработки
материалов
дистанционного зондирования;
– электронные карты – цифровые карты,
подготовленные для отображения в компьютерной
среде в известной проекции, системе условных
знаков, с соблюдением правил оформления и
установленной точности.

38.

Основные понятия ГИС
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

39.

Географическая
информационная
система (ГИС) — это совокупность
аппаратно-программных
средств
и
алгоритмических
процедур,
предназначенных для сбора, ввода,
хранения,
обработки,
математикокартографического моделирования и
образного
представления
пространственной информации.
39

40.

Возможности ГИС:
1. Ввод данных, например путем импорта из
существующих наборов данных или оцифровки внешних
растровых источников.
2.
Преобразование
данных,
включая
конвертирование из одного формата в другой,
трансформацию картографических проекций.
3. Хранение и управление данными в базах
данных, включая ввод, хранение, манипулирование,
обработку запросов (в том числе пространственных),
поиск, выборку, сортировку, обновление, сохранение
целостности, защиту данных и создание базы
метаданных.
4. Картометрические операции – вычисление
расстояний между объектами, длин кривых, периметров,
площадей и т.д.
40

41.

5. Операции оверлея – взаимодействие слоев с
получением результирующего изображения, например
вычитание одних объектов из других, добавление и т.д.
6. Пространственный анализ – анализ зон
видимости, соседства, создание цифровых моделей
рельефа, буферных зон, анализ сетей и др.
7.
Пространственное
моделирование
и
визуализация исходных данных или данных,
полученных в результате математико-статистической
обработки. Построение и использование моделей
пространственных объектов, их взаимосвязей и
динамики
процессов.
Построение
трехмерных
изображений
местности,
формирование
линий,
интерполяция высот.
41

42.

8.
Проектирование
и
создание
картографических изображений, графических,
табличных
или
текстовых
данных,
их сохранение в электронном виде и вывод на печать.
9.
Обслуживание
процесса
принятия
решений, например построение моделей изменения
ситуации во времени с учетом текущих значений,
наличие готовых сценариев реагирования (для
аварийных ситуаций) и т.д.
42

43.

Основу привлекательности ГИС-технологий
составляют:
– наглядность пространственного представления
результатов анализа баз данных;
– мощные возможности интергации данных, в том
числе,
возможности
совместного
исследования
факторов атрибутивной информации, которые имеют
пространственное пересечение;
– возможности изменения пространственной
информации по результатам совместного анализа баз
атрибутивных и пространственных данных.
43

44.

Классификация ГИС
По территориальному охвату:
– глобальные;
– субконтинентальные;
– национальные;
– региональные;
– субрегиональные;
– локальные или местные.
По функциональности:
– полнофункциональные;
– ГИС для просмотра данных;
– ГИС для ввода и обработки данных;
– специализированные ГИС.
По проблемно-тематической ориентации:
– общегеографические;
– экологические (природопользовательские);
– отраслевые (водных ресурсов, лесопользования,
туризма, транспорта и т.д.).
По предметной области:
– картографические;
– геологические;
– муниципальные;
– природоохранные
По способу организации
географических данных:
– векторные;
– растровые;
– векторно-растровые.
По уровню управления:
– федеральные;
– региональные;
– муниципальные;
– корпоративные.
44

45.

Применение ГИС
Административно-территориальное управление:
– городское планирование и проектирование объектов;
– ведение кадастров инженерных коммуникаций, земельного,
градостроительного, зеленых насаждений;
– управление транспортными потоками и маршрутами городского
транспорта;
– инженерно-геологическое районирование города.
Телекоммуникации:
– спутниковая и сотовая связь, проводные сети;
– стратегическое планирование телекоммуникационных сетей;
– выбор оптимального расположения антенн и ретрансляторов;
– определение маршрутов прокладки кабеля;
– мониторинг состояния сетей;
– оперативное диспетчерское управление.
Лесное хозяйство:
– стратегическое управление лесным хозяйством;
– управление лесозаготовками, планирование подходов к лесу и
проектирование дорог;
45
– ведение лесных кадастров.

46.

Применение ГИС
Инженерные коммуникации:
– оценка потребностей в сетях водоснабжения и канализации;
– моделирование последствий стихийных бедствий для систем
инженерных коммуникаций;
– проектирование инженерных сетей;
– мониторинг состояния инженерных сетей и предотвращение аварийных
ситуаций.
Транспорт:
– автомобильный, железнодорожный, водный, трубопроводный,
авиатранспорт;
– управление транспортной инфраструктурой и ее развитием;
– управление парком подвижных средств и логистика;
– управление движением, оптимизация маршрутов и анализ
грузопотоков.
Сельское хозяйство:
– планирование обработки сельскохозяйственных угодий;
– учет землевладельцев и пахотных земель;
– оптимизация транспортировки сельскохозяйственных продуктов и
минеральных удобрений.
46

47.

Применение ГИС
Нефтегазовый комплекс:
– геологоразведка и полевые изыскательные работы;
– мониторинг технологических режимов работы нефте- и газопроводов;
– проектирование магистральных трубопроводов;
– моделирование и анализ последствий аварийных ситуаций.
Силовые ведомства:
– службы быстрого реагирования, вооруженные силы, милиция,
пожарные службы;
– планирование спасательных операций и охранных мероприятий;
– моделирование чрезвычайных ситуаций;
– стратегическое и тактическое планирование военных операций;
– навигация служб быстрого реагирования и других силовых ведомств.
Экология:
– оценка и мониторинг состояния природной среды;
– моделирование экологических катастроф и анализ их последствий;
– планирование природоохранных мероприятий.
47

48.

Подсистемы ГИС:
1. Подсистема сбора данных – собирает и
проводит предварительную обработку данных из
различных источников, отвечает за преобразования
различных типов пространственных данных.
2. Подсистема хранения и выборки данных –
организует пространственные данные с целью их
выборки, обновления редактирования.
3. Подсистема манипуляции данными и
анализа – выполняет различные задачи на основе
этих данных, в том числе группирует и разделяет их,
устанавливает параметры и ограничения, выполняет
моделирующие функции.
4. Подсистема вывода – отображает всю базу
данных или часть ее в табличной, диаграммной или
картографической форме.
48

49.

Подсистема сбора данных
Соотносится с первым и вторым шагом процесс
картографирования - сбор данных и компиляция
(составление) карт.
Исходная
информация
берется
из
таких
источников,
как
аэрофотосъемка,
цифровое
дистанционное зондирование, геодезические работы,
словесные описания и зарисовки, данные статистики.
Использование компьютера и других электронных
устройств позволяет проводить подготовку исходных
данных для записи, или кодирования точек, линий и
областей для их дальнейшего использования.
Так же источниками могут быть готовые цифровые
карты, цифровые модели рельефа, цифровые
ортофотоснимки и т.д.
49

50.

Подсистема хранения и выборки
данных
Осуществляет
хранение
и
архивирование
геометрических координат векторных (точечных,
линейных и площадных) геометрических объектов, а
также связанные с ними характеристики (атрибуты).
Количество атрибутивных данных, хранящихся в ГИС,
ограничивается лишь объемом встроенной памяти
устройства.
Позволяет делать запросы, которые отсекают
лишнюю информацию и отображают только нужную,
контекстно-связанную
информацию,
которая
переносит акцент с общей интерпретации информации
на формулирование адекватных запросов.
50

51.

Подсистема манипуляции данными и
анализа
Осуществляет все операции математической и
статистической интерпретации данных, ранжирование
данных, получение новых параметров расчетным путем
на основе исходных данных.
Позволяет значительно упростить и облегчить
анализ
пространственно-связанных
данных,
практически исключить вклад оператора и в
значительной мере ускорить расчеты, выполняемые
пользователем.
Позволяет сопоставлять полученную исходную
информацию с данными, хранящимися в базах данных,
что позволяет достаточно точно, а, главное, оперативно
агрегировать и классифицировать необходимые
данные для дальнейшего анализа.
51

52.

Подсистема вывода
Позволяет компоновать результирующие данные в
любой удобной для пользователя форме.
Как правило, выходные данные могут быть
представлены либо в графическом виде – карта, схема,
план и т.д., при этом на карту могут быть нанесены не
только объекты, но и результаты статистической
обработки – графики, функции, изолинии и т.д., либо в
виде базы данных – таблица атрибутивной
информации или её часть в соответствии с запросом
пользователя.
Форма вывода данных часто продиктована больше
областью применения ГИС, нежели используемым
программным обеспечением.
52

53.

Пространственные
данные и модели их
представления
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

54.

Данные — это совокупность фактов и
сведений, представленных в каком-либо
формализованном виде (в количественном
или качественном выражении) для их
последующего использования в какой-либо
области человеческой деятельности.
54

55.

Для локализации пространственных данных в ГИС
используются следующие приемы:
Абстракция — отвлечение в процессе познания от
несущественных сторон, свойств, связей предмета или явления
с целью выделения их существенных, закономерных признаков.
Генерализация — процесс отбора и обобщения
содержания при составлении географических карт.
Генерализация проявляется:
– в отборе объектов (ограничение содержания карты
необходимыми объектами и исключение прочих);
– в продуманном упрощении контуров;
– в обобщении количественных характеристик, состоящем в
укрупнении ступеней;
– в обобщении качественных характеристик, состоящем в
упрощении классификаций изображаемых явлений;
– в замене отдельных объектов их собирательными
обозначениями.
55

56.

Пространственные данные — цифровые
данные
о
пространственных
объектах,
включающие сведения об их местоположении и
свойствах.
Состоят из двух взаимосвязанных частей:
– описание пространственного положения
(координатные данные);
– тематического содержания (атрибутивные
данные).
Представление
пространственных
данных (модель пространственных данных) –
это
способ
цифрового
описания
пространственных объектов, тип структуры
пространственных данных.
56

57.

Растровая модель данных - это цифровое
представление пространственных объектов в
виде совокупности ячеек растра (пикселов) с
присвоенными им значениями класса объектов.
Растровое
представление
данных
предполагает
позиционирование
объектов
указанием их положения (порядковые номера
столбца и строки) в соответствующей растру
прямоугольной матрице единообразно для всех
типов пространственных объектов – локальная
матричная система координат.
Основное преимущество растровой модели это слияние позиционной и смысловой
информации в единой позиционной матрице.
57

58.

Пример формирования
растровой модели данных
58

59.

Характеристики растровых моделей данных
Разрешение – минимальный линейный
размер наименьшего участка пространства
(поверхности), отображаемый одним пикселом.
Пикселы
обычно
представляют
собой
прямоугольники
или
квадраты,
реже
используются
шестиугольники
или
треугольники.
Более высоким разрешением обладает растр с
меньшим размером ячеек. Высокое разрешение
подразумевает обилие деталей, множество ячеек,
минимальный размер ячеек.
59

60.

60

61.

Характеристики растровых моделей данных
Положение задается упорядоченной парой
координат (номер столбца и номер строки растра),
которые однозначно определяют положение
каждого элемента отображаемого пространства в
растре (локальная матричная система координат).
61

62.

Характеристики растровых моделей данных
Значение
–
элемент
информации,
хранящийся в ячейке растра. В одной ячейке
растра содержится только одно значение,
усредняющее
характеристику
участка
поверхности объекта.
Значения могут быть представлены целыми и
десятичными
числами,
буквенными
обозначениями, цветом и др.
Ориентация – угол между направлением на
север и положением колонок растра.
62

63.

Характеристики растровых моделей данных
Зона – соседствующие друг с другом ячейки,
имеющие одинаковые значения.
Зоной могут быть отдельные объекты,
геологические тела, элементы гидрографии. Для
указания всех зон с одним и тем же значением
используют понятие класс зон. Основные
характеристики зоны – ее значение и положение.
Буферная зона – зона, границы которой
удалены на известное расстояние от любого
объекта на карте.
63

64.

Растровые
модели
имеют
следующие
достоинства:
– растровая модель достаточно проста и легко
поддается программной обработке, так как данные
собираются с равномерно расположенной сети
точек;
–растровые
геоинформационные
системы
позволяют вводить векторные данные, при этом
обратная процедура значительно сложнее;
–
процессы
растеризации
(получения
растрового
изображения
по
векторному)
значительно проще алгоритмически, чем процессы
векторизации,
которые
зачастую
требуют
применения экспертных решений.
64

65.

Растровые модели обычно применяются при
представлении
и
обработке
аэрои
космоснимков,
для
получения
данных
дистанционного зондирования Земли.
Существенным недостатком растровых
моделей
следует
считать
использование
большего объема памяти компьютера для
хранения данных и для их обработки.
Например, снимок искусственного спутника
Земли Landsat имеет 74000000 элементов
растра.
Эта проблема частично решается путем
хранения не полного растрового фрагмента, а его
сжатой копии (архива).
65

66.

Растровые модели обычно применяются при
представлении
и
обработке
аэрои
космоснимков,
для
получения
данных
дистанционного зондирования Земли.
Существенным недостатком растровых
моделей
следует
считать
использование
большего объема памяти компьютера для
хранения данных и для их обработки.
Например, снимок искусственного спутника
Земли Landsat имеет 74000000 элементов
растра.
Эта проблема частично решается путем
хранения не полного растрового фрагмента, а его
сжатой копии (архива).
66

67.

Групповое кодирование основывается на
том, что в строку последовательно вводят
значение атрибута и номер конечного столбца
группы с одинаковыми атрибутами.
Пример группового кодирования
(а – исходная матрица данных; б – кодированная матрица данных)
67

68.

Цепочечное
кодирование
основано
на
прокладывании цепи ячеек растра вдоль границы
области с одинаковыми значениями.
Указываются координаты (Х, Y) начала, значение
ячеек для всей области, а затем вектора направлений,
показывающие, куда двигаться дальше, где повернуть и
как далеко идти. Обычно векторы описываются
количеством ячеек и направлением в виде чисел 0,1,2,3,
соответствующих движению вверх, вниз, вправо
и влево.
X Y
Значение параметра
24112221222132301…
Вниз Вправо Вверх
Шаг (количество пикселей)
68

69.

Блочное
кодирование
–
выбирается
квадратная группа ячеек растра и назначается
начальная точка - центр или угол, берется значение
ячейки и указывается длина стороны квадрата.
Таким образом может быть записана каждая
квадратная группа ячеек, включая и отдельные
ячейки, с минимальным количеством чисел.
X Y
Значение параметра
110341048107…
X Y
Значение параметра
Длина стороны квадрата в пикселях
69

70.

Квадродерево – вся карта последовательно делится
на квадраты с одинаковым значением атрибута внутри.
Вначале квадрат размером со всю карту делится на
четыре квадранта (СЗ, СВ, ЮЗ, ЮВ). Если один из них
однороден, то этот квадрант записывается и больше не
участвует в делении. Каждый оставшийся квадрант опять
делится на четыре квадранта, и проверяется на
однородность, все однородные квадранты записываются и
не участвуют в делении. Каждый из оставшихся делится
далее и проверяется, пока вся карта не будет записана как
множество квадратных групп однородных ячеек.
Ступень итерации
А102030B415060…
Значение параметра
Номер квадранта
70

71.

Векторная модель данных – это цифровое
представление точечных, линейных и полигональных
объектов в виде набора координатных пар.
Типы векторных объектов (примитивов):
– точка - задается одной парой координат (X, Y).
– линия - задается последовательностью пар координат.
– полигон - задается замкнутой линией, являющейся его границей, (т.е.
полигон определяется замкнутым набором пар координат, в котором
первая и последняя пары должны совпадать).
71

72.

Векторные объекты имеют точную форму, положение
и атрибуты.
Векторная модель лучше всего подходит для описания
дискретных объектов с четко выраженными формами и
границами:
– естественные образования (реки, растительность);
– искусcтвенные сооружения (дороги, трубопроводы,
здания);
– элементы разбиения земной поверхности (округа,
земельные участки, политические образования).

73.

ПРОФИЛЬ
Высота
В ряде случаев пространственные
объекты
с
непрерывно
изменяющимися свойствами и не
имеющие реальных границ (высота,
температура, атмосферное давление),
также
представляют
в
виде
дискретных векторных объектов
(точек,
линий,
полигонов)
посредством:
– задания точечных значений,
измеренных
в
некоторых
характерных пунктах (метеостанции,
посты);
– создания профилей;
– разделения площади на зоны
(контуры), внутри которых значение
считается величиной постоянной;
–
построения
изолиний
(например
горизонталей
для
отображения рельефа).
Расстояние

74.

Характеристики данных в векторной модели:
– географическое положение пространственных
объектов представляется координатами в глобальной
системе координат (например, долгота/широта);
– свойства (атрибуты) являются описательной
информацией. Атрибутивная информация может быть
самой различной, а её количество ограничивается только
здравым смыслом;
–
пространственные
отношения
определяют
внутренние
взаимоотношения
между
пространственными
объектами
(направление,
расстояние, размеры и т.д.);
– временные характеристики представляются в виде
сроков получения данных, они определяют их
жизненный цикл, изменение свойств во времени,
определяют актуальность данных.
74

75.

76.

Каждая таблица атрибутивных данных
представляет собой двумерный массив и обладает
следующими свойствами:
– каждый элемент таблицы – это один элемент
данных;
– все ячейки в столбце таблицы однородны, т.е.
все элементы в столбце имеют один тип (числовой,
символьный и т. д.);
– каждый столбец имеет уникальное имя;
– одинаковые строки в таблице отсутствуют;
– порядок следования строк и столбцов может
быть произвольным.
76

77.

Различают две основные векторные модели
пространственных данных:
–
нетопологическое
векторное
представление – это векторное представление
пространственных
объектов
в
виде
набора
координатных пар с описанием только геометрии
точечных, линейных и полигональных объектов.
– топологическое векторное представление
– это векторное представление пространственных
объектов, учитывающие не только геометрию
объектов, но и их топологические отношения
(пространственные взаимосвязи между полигонами,
дугами и узлами полигонов).
77

78.

Топология − раздел математики, изучающий
топологические свойства фигур, то есть свойства, не
изменяющиеся
при
любых
деформациях,
производимых без разрывов и склеиваний.
Примерами топологических свойств фигур
являются
размерность,
число
кривых,
ограничивающих данную область и др.
78

79.

4
вершины
79
Дуга
3
5
Полигон
1
2
Узел
Точка – точечный объект, определяемый парой координат X,Y.
Дуга – линейный объект, определяемый набором пар координат.
Полигон – 2-мерный (площадной) объект, образованный
замкнутой последовательностью дуг.
Вершины – промежуточные точки вдоль дуги, определяющие ее
форму.
Узел – начальная или конечная точки дуги.
Нормальный узел – узел, принадлежащий
трем и более дугам.
Висячий узел – узел дуги, которая не
соединяется ни с какой другой дугой.
Псевдоузел – узел, принадлежащий только
двум дугам или одной замкнутой дуге.
.

80.

Внутренний полигон (остров) – полигон,
находящийся внутри другого полигона.
Составной полигон – содержит внутренние
полигоны.
Простой полигон – не содержит внутренних
полигонов.
Универсальный полигон – внешняя область;
полигон, внешний по отношению ко всем другим
полигонам слоя.
В ГИС
топология определяет
отношения:
– связность дуг;
– полигоны как наборы дуг;
– смежные полигоны.
следующие

81.

Топологические свойства объектов в ГИС
Связность дуг
Границы полигонов
Самопересечение
полигонов

82.

Преимущества создания и
хранения топологии в ГИС
– меньше объем данных за
счет сокращения избыточных
координат;
–
можно
выполнять
различные
виды
пространственного анализа:
– моделирование потоков
в сети через соединяющиеся
линии;
–
слияние
соседних
полигонов
с
одинаковыми
характеристиками;
– наложение объектов.
3
4
1
2
3
2
4
1
2
1

83.

Особенности векторных моделей
– векторные модели данных строятся на
графических
примитивах,
занимающих
часть
пространства в отличие от занимающих все
пространство растровых моделей, что определяет их
основное преимущество - требование на порядки
меньшей памяти для хранения и меньших затрат
времени на обработку и представление.
– полная векторная модель данных ГИС отображает
пространственные
данные
как
совокупность
следующих основных частей:
– геометрические (метрические) объекты (точки,
линии и полигоны);
– атрибуты - признаки, связанные с объектами;
– связи между объектами.
83

84.

Преимущества растровой и векторной
моделей данных
Растровая модель
Векторная модель
– компактная структура;
– простая структура данных; – топология;
– эффективные оверлейные – работа с отдельными
операции;
объектами;
– работа со сложными – качественная графика при
структурами;
изменении масштаба;
– работа со снимками.
– точность представления
объектов.
84

85.

TIN (нерегулярная триангуляционная
сеть / Triangulated Irregular Network) способ
моделирования
непрерывных
поверхностей точками и значениями в этих
точках,
выбранными
с
переменной
плотностью.
TIN-модель,
как
и
растровая,
предназначена
для
моделирования непрерывных поверхностей, но с более
неоднородным характером изменений.
Источники данных TIN:
дешифрование снимков
GPS-измерения;
импорт
точек
с
высотами;
преобразование из
векторных изолиний.
85

86.

Свойства TIN-модели
– нерегулярность - точки берутся
с переменной плотностью для более
детального моделирования участков,
где
характер
поверхности
резко
меняется.
– триангуляция - по набору точек
строится оптимизированный набор
треугольников (триангуляция Делоне),
каждый из которых дает хорошее
представление о локальной части
поверхности.
– сеть - TIN имеет сетевую
топологическую структуру: каждый
треугольник содержит информацию о
соседних
треугольниках,
образуя,
таким образом, сеть.
86

87.

Триангуляция Делоне – триангуляция для
заданного множества точек на плоскости, при
которой для любого треугольника все точки за
исключением точек, являющихся его вершинами,
лежат
вне
окружности,
описанной
вокруг
треугольника.
87

88.

TIN
создают
по
точкам,
линиям и полигонам, которые в
TIN-моделях
называются
массовыми точками, линиями
перегиба
и
областями
исключения.
Береговая
линия
Ручей
Озеро
Точки высоты
Остров
Массовые точки - это точки с координатами Х, У, Z,
плотность которых меняется в зависимости от степени изменения
поверхности (плоская равнина - малая плотность, гористый рельеф
- высокая плотность точек).
Линии перегиба очерчивают резкие неоднородности рельефа
(гребни, дороги, реки).
Граница проекта
Области
исключения
представляют строго горизонтальные
участки (водные поверхности или
искусственно выровненные участки).
Граница проекта также задается
полигоном, отсекающим ненужные
части триангуляции.
Область
исключения
Линия
перегиба
Массовая
точка
88

89.

Элементы
TIN
добавляются
последовательно,
чтобы
развить
и
Массовые
усовершенствовать модель поверхности.
точки
Этапы создания TIN:
– получить набор точек с координатами
Х,У,Z, определить линии перегиба и области
исключения;
Линия перегиба
– по точкам ГИС создает оптимальную
сеть
треугольников
–
формируется
начальная TIN, отражающая общую форму
поверхности.
– вводятся линии перегиба. В результате
создаются новые точки (узлы) там, где эти Полигон
линии пересекаются с первоначальными
треугольниками. TIN обновляется, чтобы
включить эти новые узлы в сеть.
– вводятся полигоны. Создаются новые
узлы.
TIN
снова
уточняется,
чтобы
моделировать области постоянных значений
и границы триангуляции.
89

90.

Вычисление высоты, уклона и экспозиции для любой точки
поверхности (для вычисления высоты любой точки поверхности
сначала находится содержащая эту точку грань, а затем
интерполируется значение высоты в ее пределах – через уравнение
плоскости, заданной вершинами треугольника).
Построение изолиний по сети триангуляции.
Определение диапазона высот поверхности.
Вычисление статистики по поверхности (объем относительно
опорной плоскости, средний уклон, площадь и периметр).
Показ вертикального
профиля
поверхности
вдоль указанной линии.
Анализ видимости определение
участков
поверхности, видимых из
заданной
точки
вдоль
указанной линии.
Высота
ПРОФИЛЬ
Расстояние
Зеленый – видимый
участок линии из
заданной
точки,
красный – нет

91.

GRID – модель, представляет собой регулярную
матрицу
значений
параметра,
полученную
при
интерполяции исходных данных. Для каждой ячейки
матрицы высота вычисляется на основе интерполяции.
Фактически это сетка, размеры которой задаются в
соответствии с требованиями точности конкретной
решаемой задачи. Регулярная сетка соответствует земной
поверхности, а не изображению.

92.

Цифровая карта может быть организована
как множество слоев, в каждом из которых
объединены однотипные объекты местности.
92

93.

Слои построены на основе объединения
(типизации)
пространственных
объектов,
имеющих общие свойства:
– принадлежность к одному типу координатных
объектов (точечные, линейные, полигональные);
–
принадлежность
к
пространственных
объектов
подземные
коммуникации,
границы и т. д.);
одному
типу
(жилые
здания,
административные
– отображение на карте одним цветом.
Принадлежность объекта или части объекта к
слою
позволяет
использовать
и
добавлять
групповые свойства объектам данного слоя.
93

94.

Над объектами, расположенными на разных слоях,
можно проводить оверлейные операции.
Оверлейными операциями называется процесс
генерации новых и изменения существующих объектов
путем наложения (совмещения) различных цифровых
карт, содержащих разнотипные объекты, при этом
созданные или модифицированные объекты могут иметь
информацию, являющуюся производной от информации
исходных объектов.
94

95.

Картографические
проекции и системы
координат
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

96.

Картографические проекции
Картографическая проекция – определенный
способ отображения одной поверхности на другую,
устанавливающий аналитическую зависимость
между координатами точек эллипсоида (сферы) и
соответствующих точек плоскости.
Классификация проекций Каврайского:
– по характеру искажения;
– по виду меридианов и параллелей нормальной
сетки;
– по положению полюса нормальной системы
координат;
– по способу использования.

97.

По характеру искажения
– равноугольные (конформные) – углы и форма
объектов передаются без искажений, но присутствуют
значительные искажения площадей. Картографическая
сетка в этих проекциях ортогональна (навигационные
карты);
– равновеликие (эквивалентные) – площади объектов
передаются без искажений, однако на них значительно
нарушены углы и формы, что особенно заметно на
больших территориях (ресурсные и кадастровые карты).
–
равнопромежуточные
(эквидистантные)
–
расстояния по одному из основных направлений
передаются без искажений (ситуационная карта
прокладки трубопроводов);
– произвольные – присутствуют все виды искажений
(образно-знаковые карты, планы, схемы).

98.

По характеру искажения

99.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки
– цилиндрические – параллели представлены
горизонтальными прямыми, перпендикулярными
осевому меридиану; меридианы – прямые,
перпендикулярные
параллелям.
Наиболее
выгодны эти проекции для изображения
территорий,
расположенных
вблизи
экваториальных широт и растянутых вдоль
экватора или вдоль некоторой стандартной
параллели (проекция Гаусса-Крюгера, проекция
Меркатора);

100.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки
– азимутальные – параллели представлены
одноцентренными окружностями, а меридианы –
пучок прямых, расходящихся радиально из центра
параллелей. Эти проекции применяются в прямом
положении - для полярных территорий; в
поперечном - для изображения западного и
восточного полушарий; в косом - для изображения
территорий, имеющих округлую форму;

101.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки
– конические – параллели представлены
дугами концентрических окружностей, общий
центр которых лежит на осевом меридиане или
его продолжении; меридианы - пучок прямых,
расходящихся радиально из точки, являющейся
центром параллелей. Эти проекции наиболее
выгодны
для
изображения
территорий,
расположенных в средних широтах и растянутых
вдоль параллелей;

102.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки
– псевдоконические – параллели представлены
дугами концентрических окружностей, общий
центр которых лежит на осевом меридиане или
его продолжении; меридианы – некоторые
кривые, симметричные относительно среднего
прямолинейного меридиана. Наиболее выгодны
для изображения территорий, имеющих форму
квадрата с вогнутыми сторонами (проекция Бонна
– применяется для карты Франции);

103.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки
–
псевдоцилиндрические
–
параллели
представлены
прямыми,
перпендикулярными
осевому меридиану; меридианы – некоторые
кривые, симметричные относительно среднего
прямолинейного меридиана. Используются для
изображения всей земной поверхности. Наиболее
выгодны для изображения территорий растянутых
вдоль
среднего
меридиана
и
экватора
(равновеликая синусоидальная проекция Сансона,
равновеликая синусоидальная проекция Эккерта,
равновеликая
эллиптическая
проекция
Мольвейде);

104.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки
– поликонические – параллели представлены
дугами окружностей (окружностями), центры
которых лежат на осевом меридиане сетки или на
его продолжении; меридианы – некоторые
кривые, симметричные относительно среднего
прямолинейного
меридиана.
Широко
применяются для мелкомасштабных обзорных
карт, выгодны для изображения территорий,
растянутых вдоль среднего меридиана (простая
поликоническая проекция для международной
карты мира в масштабе 1:10 000 000).

105.

По виду меридианов и
параллелей нормальной сетки

106.

По положению полюса
нормальной системы координат
– полярные (нормальные) – полюс нормальной
системы координат совпадает с географическим;
– поперечные (трансверсионные) – полюс
нормальной системы совпадает с экватором;
– косые (наклонные) – полюс нормальной системы
координат располагается между географическим
полюсом и экватором.

107.

По способу использования
– сплошные – вся картографируемая территория
проектируется на плоскость по одному закону;
– многополосные – территория разбивается на ряд
широтных зон, каждая из которых проектируется на
плоскость по одному и тому же закону, но с разными
параметрами для каждой из зон. Преимущества малые
величины
искажений;
недостатки
–
невозможно
получить
сплошное
изображение
(трапецивидная проекция Мюфлинга, применялась
для карт крупного масштаба до 1928г. Для СССР);

108.

По способу использования
– многогранные – территория разбивается на ряд
меридианальных
зон,
каждая
из
которых
проектируется на плоскость по одному и тому же
закону, но с разными параметрами для каждой из зон.
Преимущества - малые величины искажений;
недостатки – невозможно получить сплошное
изображение (проекция Гаусса-Крюгера, проекция
Меркатора);
– составные – часть территории проектируется по
одному закону, а оставшаяся часть по другому.
(составная проекция для карты Луны – в этом случае
экваториальная
часть
Луны
проектируется
в
равноуголных цилиндрических проекциях, а полюса в
равноугольных азимутальных).

109.

Выбор картографических проекций
1. факторы, характеризующие объект картографирования. Это
географическое положение изображаемой территории, ее
размеры, форма границ (конфигурация), степень показа
смежных с картографируемой областью территорий, значимость
отдельных ее частей.
2. факторы, характеризующие создаваемую карту, способы и
условия ее использования. В эту группу входят назначение и
специализация, масштаб и содержание карты, задачи, которые
будут решаться по ней (картометрические, навигационные) и
требования к точности их решения, способы использования
карты.
3. факторы, которые характеризуют получаемую проекцию. Это
ее характер искажений, условия обеспечения минимума
искажений и допустимые максимальные искажения длин, углов
и площадей, характер их распределения, изображение полюсов,
условия симметричности картографической сетки относительно
экватора.

110.

Выбор картографических проекций
1. на первом этапе устанавливается совокупность проекций (или
их свойства), из которой целесообразно производить их выбор;
2. на втором - определяют искомую проекцию.
цилиндрические
проекции
–
для
территорий,
расположенных вблизи и симметрично относительно экватора и
вытянутых по долготе;
• конические проекции – для таких же территорий, но не
симметричных относительно экватора или расположенных в
средних широтах;
• азимутальные проекции – для изображения полярных
областей;
• поперечные и косые цилиндрические проекции - для
изображения территорий, вытянутых вдоль меридианов;
• поперечные или косые азимутальные проекции - для
отображения территорий, очертания которых близки к
окружности.

111.

Равноугольная поперечно-цилиндрическая
проекция Гаусса-Крюгера
Для получения картографической сетки и
составления карты в проекции Гаусса-Крюгера
поверхность земного эллипсоида разбивают по
меридианам на 60 зон по 6°.

112.

Равноугольная поперечно-цилиндрическая
проекция Гаусса-Крюгера

113.

Плоская прямоугольная система координат

114.

Равноугольная поперечно-цилиндрическая
проекция Меркатора (UTM)
Отличия:
1. центральный меридиан первой зоны имеет долготу 177o з.д.;
2. в проекции Гаусса-Крюгера ось абсцисс направлена на север,
а в UTM - на восток.

115.

Масштабы
карт и планов
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

116.

Масштаб – соотношение, которое показывает,
во сколько раз каждая линия, нанесённая на
карту или чертёж, меньше или больше её
действительных размеров.
Масштаб (в геодезии и картографии) –
отношение длины отрезка на плане или карте к
длине ортогональной проекции соответствующего
отрезка на местности.
Виды масштабов:
– численный;
– именованный;
– масштаб по осям координат;
– линейный;
– поперечный.

117.

Численный масштаб выражается в виде
дроби, числитель которой равен единице, а в
знаменателе стоит число, показывающее
степень уменьшения горизонтальных линий
(масштаб уменьшения).
На топографических картах численный
масштаб подписывается внизу листа карты в
виде 1:М, например, 1:25 000

118.

Именованный масштаб подписывается
под численным
и указывает длину
горизонтальной линии
на местности,
соответствующую 1 см на плане или карте.

119.

Чем меньше знаменатель масштаба, тем
крупнее сам масштаб, чем знаменатель
больше, тем масштаб мельче.
Крупномасштабные планы – 1:500,
1:1000, 1:2000, 1:5000.
Крупномасштабные карты – 1:10 000,
1:25 000, 1:50 000, 1:100 000.
Среднемасштабные карты – 1:200 000,
1:300 000, 1:500 000.
Мелкомасштабные карты – 1:1 000 000 и
мельче.

120.

Масштаб по осям координат –
графический масштаб в виде масштабных
шкал для каждой из осей координат,
которые, чаще всего, имеют различный
коэффициент масштабирования
м
30
20
10
0
100
200
300
м

121.

Линейный масштаб – графический
масштаб, который строится в соответствии с
численным масштабом карты.
Линейный масштаб – прямая линия,
разделенная на равные отрезки, называемые
основанием масштаба.

122.

Линию на карте
фиксируют раствором
циркуля. Затем правую
иглу ставят на целое
основание так, чтобы
левая игла находилась
внутри
первого
основания.
Считывают с масштаба
два отсчета: по правой игле
и по левой игле. Длина
линии
равна
сумме
отсчетов.

123.

Поперечный масштаб – это особый график,
основанный на пропорциональном делении отрезков.
На прямой несколько раз откладывают основание
масштаба. Из полученных точек восстанавливают
перпендикуляры, на них через равные промежутки
проводят прямые, параллельные основанию масштаба.
Крайнее левое основание сверху и снизу делят на десять
частей. Полученные точки соединяют диагоналями.

124.

Измерение отрезков при помощи
поперечного масштаба
Наклонные линии на левом
основании масштаба называются
трансверсалями

125.

Порядок пользования
поперечным масштабом
1. Циркулем-измерителем зафиксировать длину линии
на карте.
2. Одну ножку измерителя поставить на целое
основание, а другую – на такую трансверсаль, чтобы обе
ножки располагались на линии, параллельной основанию.
3. Взять три отсчета: отсчет целых оснований, отсчет
делений левого основания, отсчет делений вверх по
трансверсали.
4. Умножить каждый отсчет на соответствующую цену
каждого деления.
5. Сложить полученные величины.

126.

Точность измерения
Предельная точность измерения – это точность
измерения прибора (половина цены деления шкалы).
Для численного, именованного и линейного
масштабов она равна 0,5 мм.
Для поперечного масштаба она считается равной
цене деления – 0,1 мм.
Предельная точность масштаба – расстояние на
местности,
соответствующее
предельной
точности
измерения в текущем масштабе.
Например:
предельная графическая точность измерения – 0,5 мм
предельная графическая точность масштаба:
1:50 000 – 25 м,
1:100 000 – 50 м,
1:500 000 – 250 м.

127.

Разграфка и
номенклатура
топографических карт
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

128.

Разграфка и номенклатура
топографических карт
Разграфка (нарезка листов карт) – система
деления поверхности Земли меридианами и
параллелями на определенные территории,
каждая из которых картографируется на
отдельном листе карты.
Номенклатура – это система обозначения
(нумерации) листов карт различных масштабов.

129.

Разграфка и номенклатура
топографических карт
В основу деления карт на листы в нашей стране принята международная
разграфка карт масштаба 1:1 000 000.
Для получения такой карты земной шар делится меридианами через 6о на
колонны и параллелями через 4о на ряды.
Деление земного шара
меридианами и
параллелями
Развертка земного шара

130.

131.

Разграфка и номенклатура
топографических карт
Каждый полученный таким образом участок
земной
поверхности
изображается
на
отдельном листе карты масштаба 1:1 000 000.
Номенклатура
такого
листа
будет
складываться из буквы, обозначающей ряд, и
номера колонны.
Например, территория Москвы находится на
листе
карты
1:1 000 000,
имеющим
номенклатуру N-37.
……… ……… ……..
…………… ……… ..

132.

Разграфка и номенклатура
топографических карт
Для экваториальных и умеренных широт каждый
участок
земной
поверхности
располагают
на
отдельном листе карты масштаба 1:1 000 000.
По мере приближения к полюсам колонны, а
следовательно, и участки, значительно сужаются.
Поэтому на широтах 60–72° (P, Q, R) издаются листы
со сдвоенными участками (12° по долготе), на широтах
72–76 (S, T) – строенными, а на более высоких
широтах (U, Z) со счетверёнными участками (24° по
долготе).
Для сдвоенных листов номенклатура указывается
следующим образом: Р-36, 37, а для счетверённых –
U-44, 45, 46, 47.

133.

По долготе
через 6 ͦ
По широте
через 4 ͦ
Листы карт масштаба 1:1 000 000

134.

Разграфка и номенклатура
топографических карт

135.

Разграфка и номенклатура
топографических карт

136.

Разграфка и номенклатура
топографических карт

137.

Разграфка и номенклатура
топографических карт

138.

139.

Образец
номенклатуры
N-37
N-37-4
IX-N-37
N-37-IX
N-37-69
N-37-69-A
N-37-69-A-б
N-37-69-А-б-3
N-37-69-(256)
36864
1:2 000
331776
25”
37”.5
N-37-69-(256-и)

140.

Рельеф местности
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

141.

Рельеф местности
Рельеф – форма физической поверхности
Земли, рассматриваемая по отношению к её
уровенной поверхности.
Рельеф
слагается
совокупностью
неровностей суши, дна океанов и морей
(формы
рельефа),
разнообразных
по
очертаниям,
размерам,
происхождению,
возрасту и истории развития.

142.

Элементарные формы
рельефа
Гора
–
возвышающаяся
над
окружающей
местностью конусообразная форма рельефа. Наивысшая
точка её называется вершиной. Вершина может быть
острой – пик, или в виде площадки – плато. Боковая
поверхность состоит из скатов. Линия слияния скатов с
окружающей местностью называется подошвой или
основанием горы.
Котловина – замкнутое углубление, как правило,
конусообразной формы. Самая низкая точка котловины
– дно. Боковая поверхность состоит из скатов, линия их
слияния с окружающей местностью называется
бровкой.

143.

Элементарные формы
рельефа
Хребет – возвышенность, вытянутая и постоянно
понижающаяся в каком-либо направлении. У хребта два
склона, в верхней части хребта они сливаются, образуя
водораздельную линию, или водораздел.
Лощина – вытянутое в каком-либо направлении и
открытое с одного конца постоянно понижающееся
углубление. Два ската лощины, сливаясь между собой в
самой низкой её части, образуют водосливную линию или
тальвег, по которой стекает вода, попадающая на скаты.
Разновидностями лощины являются долина и овраг: первая
является широкой лощиной с пологими задернованными
скатами, вторая – узкая лощина с крутыми обнаженными
скатами.

144.

Элементарные формы
рельефа
Седловина – это место, которое образуется при слиянии
скатов двух соседних гор. Иногда седловина является
местом слияния водоразделов двух хребтов. От седловины
берут начало две лощины, распространяющиеся в
противоположных направлениях. Седловины в горах
называют перевалами.
Обрыв – очень крутой, приближающийся к
вертикальному, вплоть до отвесного (90°), или даже
нависающий (с обратным уклоном) склон.
Терраса – естественная горизонтальная или слабо
наклонная площадка на склоне горы, ограниченная с одной
или нескольких сторон уступами (обрывами).

145.

Элементарные формы
рельефа

146.

Изображение рельефа на
топографических картах
Рельеф местности на топографических картах чаще
всего изображают с помощью горизонталей – кривых
линий, соединяющих на карте точки с одинаковыми
абсолютными отметками.
Свойства горизонталей:
- все точки местности, лежащие на горизонтали, имеют
равные абсолютные отметки;
- горизонтали не могут пересекаться, поскольку они
лежат на разных высотах. Исключения возможны в горных
районах, когда горизонталями изображают нависший утес;
- горизонтали являются непрерывными линиями.
Горизонтали, прерванные у рамки карты, замыкаются за
пределами этого листа карты.

147.

Изображение рельефа на
топографических картах
Разность высот смежных горизонталей называется
высотой сечения рельефа и обозначается буквой h.
Высота сечения рельефа в пределах одного листа карты
строго постоянна. Её выбор зависит от характера рельефа,
масштаба и назначения карты. Для определения высоты
сечения рельефа пользуются формулой:
h = 0,2 мм • М ,
где М – знаменатель масштаба.
Такая высота сечения рельефа называется нормальной.

148.

Изображение рельефа на
топографических картах

149.

Изображение рельефа на
топографических картах
Виды горизонталей:
основная (сплошная) –
проводится через значение h;
выделенная (утолщенная)
– проводится через значение 5h;
полугоризонталь
(дополнительная) – проводится
через значение ½ h.

150.

Изображение рельефа на
топографических картах

151.

Изображение рельефа на
топографических картах

152.

Крутизна ската
Крутизна ската (КС) – это угол наклона ската к
горизонтальной плоскости (заложение).
Заложение ската (d) – линия (расстояние) между
соседними горизонталями на топографической карте.
Заложение характеризует крутизну ската местности, то
есть чем больше длина заложения, тем меньше крутизна
ската и меньше угол наклона ската.
Угол наклона ската (ν) – вертикальный угол,
образованный направлением ската с плоскостью горизонта
(заложением) и выраженный в угловой мере. Чем больше
угол наклона, тем круче скат.

153.

Крутизна ската

154.

Крутизна ската
Еще одной характеристикой крутизны ската служит
уклон (i).
Уклон линии местности – это отношение превышения к
горизонтальному заложению.
Уклон – безразмерная величина, которая выражается в
сотых долях (%) или тысячных долях – промиллях (‰).
Если угол наклона ската до 45°, то он изображается
горизонталями, если его крутизна более 45°, то рельеф
обозначают специальными знаками.

155.

График заложений

156.

Методы
пространственной
интерполяции
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

157.

Интерполяция – алгоритм нахождения неизвестных
промежуточных значений некоторой функции, по имеющемуся
дискретному набору её известных значений.
Для описания поведения пространственно распределенных
явлений используется понятие пространственная переменная
– это числовая переменная Z (X, Y), которая принимает значение в
произвольной точке области исследования; X, Y - координаты
точки в пространстве (на плоскости).
Пространственная интерполяция – метод, который
использует известные значения пространственной переменной в
выборке
географических
объектов
для
оценки
или
прогнозирования неизвестных значений этой переменной в
других объектах.
Задача пространственной интерполяции – получить с
минимально возможной погрешностью значения изучаемой
пространственной переменной в произвольных точках области
исследования на основе обработки и анализа ее значений,
измеренных в ограниченном числе выборочных точек.
157

158.

интерполяция
Растр, интерполированный по точкам.
Ячейки, выделенные красным,
указывают точки исходного набора.
Точечный набор известных
значений
High
интерполяция
Low
158

159.

Классификация методов
пространственной интерполяции
Различают два основных подхода к интерполяции:
– детерминированный;
– геостатистический.
Методы
детерминированной
интерполяции
определяют
неизвестную
переменную
параметрической
функцией, форма которой задается либо явно (например,
полином), либо неявно (условие минимальной кривизны).
Параметры выбираются так, чтобы оптимизировать некоторый
критерий наилучшего приближения в точках выборки
(например, наименьшие квадраты, точное совпадение).
Геостатистические методы интерполяции используют
статистические свойства измеренных данных, оценивая
пространственную автокорреляцию и учитывая ее при
интерполяции.
159

160.

Классификация методов
пространственной интерполяции
Различают два вида методов интерполяции:
– точные интерполяторы;
– сглаживающие интерполяторы.
Точные интерполяторы в точке выборки дают оценку
переменной, равную измеренному в ней значению – Ži = Zi.
Сглаживающие интерполяторы в точке выборки дают
оценку переменной, которая не совпадает с измеренным в ней
значением – Ži ≠ Zi.
Сглаживающие интерполяторы уменьшают эффект локальной
изменчивости и используется в том случае, когда нет уверенности
в точности измерения данных - изучаемая величина измерена с
существенной погрешностью.
Некоторые точные интерполяторы имеют дополнительный
параметр – коэффициент сглаживания, использование
которого превращает их в сглаживающие интерполяторы.
160

161.

Триангуляция с линейной интерполяцией
(Triangulation with Linear Interpolation)
Линейная интерполяция реализуется на основе метода
триангуляции Делоне.
Для оценки переменной Z в некоторой точке (X, Y) области
исследования сначала определяется, в какой треугольник она
попала.
Пусть интерполируемая точка попала в треугольник,
образованный выборочными точками с координатами (X1,
Y1), (X2, Y2) и (X3, Y3). Тогда в трехмерном (X, Y, Z)
пространстве строится плоскость, проходящая через точки с
координатами (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2) и (X3, Y3, Z3).
Уравнение плоскости:
a X+b Y+c Z+d=0
161

162.

Триангуляция с линейной интерполяцией
(Triangulation with Linear Interpolation)
Коэффициенты находятся по формулам:
a = Y1 (Z2 - Z3) + Y2 (Z3 - Z1) + Y3 (Z1 - Z2);
b = X1 (X2 - X3) + Z2 (X3 - X1) + Z3 (X1 - X2);
c = X1 (Y2 - Y3) + X2 (Y3 - Y1) + X3 (Y1 - Y2);
d = X1 (Y2Z3 - Y3Z2) + X2 (Y3Z1 - Y1Z3) + X3 (Y1Z2 - Y2Z1).
Оценкой переменной Z0 в точке (X0, Y0) будет
соответствующее значение на этой плоскости:
162

163.

Триангуляция с линейной интерполяцией
(Triangulation with Linear Interpolation)
Размер ячейки – определяет ширину
и высоту ячейки сетки в единицах длины.
Допуск – задает расстояние, которое
используется для исключения близко
расположенных точек. Определяется как
дробная часть от длины диагонали
диагонали прямоугольника, образованного этими точками.
Расстояние – определяет максимальное значение расстояния (в
ячейках сетки) для выходной поверхности, построенной по
нерегулярной триангуляционной сети (максимальное расстояние
между точками с известным параметром, между которыми будет
строиться ребро треугольника).
Угол – показывает угол (в градусах), определяющий острое ребро.
Если угол между двумя смежными полигонами больше этого значения,
то их общее ребро считается "острым". Этот параметр используется для
сглаживания окончательного варианта поверхности.
163

164.

Метод обратных взвешенных
расстояний (Inverse Distance to a Power)
В качестве оценки переменной Z в некоторой точке исследуемой
области этот метод использует среднее взвешенное значений
переменной в выборочных точках:
где Ži – значение переменной, определяемое интерполяцией; ωi –
весовой коэффициент; Zi – известное значение переменной.
где di – расстояние между интерполируемой точкой и точкой с
известным значением; δ – коэффициент сглаживания (δ = 0 –
точный интерполятор, δ > 0 – сглаживающий); β – степенной
коэффициент, определяющий как быстро будет уменьшатся весовой
коэффициент с увеличением расстояния (обычно β = 1 – 3).
164

165.

7,5
Интерполируемая
точка
11,8
100 м
150 м
60 м
3,0
?
70 м
Точки с известным
значением
переменной
21,6
Радиус поиска

166.

Метод обратных взвешенных
расстояний (Inverse Distance to a Power)
Размер ячейки – определяет ширину
и высоту ячейки сетки в единицах длины.
Степень – определяет степень влияния
соседних точек на значение, вычисляемое
для каждой ячейки поверхности. Чем
больше показатель степени, тем меньше
влияние точек, наиболее удаленных от
ячейки поверхности.
Радиус поиска – определяет максимальное расстояние (в ячейках
сетки), в пределах которого вокруг точки сетки вычисляются ее
соседние точки.
Граница – по умолчанию поверхность строится для территории,
соответствующей минимальному описанному прямоугольнику для
данных таблицы. Можно расширить эту область, указав значение, на
которое будет сдвинута граница поверхности.
166

167.

Модифицированный метод Шепарда
(Modified Shepard's Method)
Этот метод работает в тех же предположениях, что и метод
обратных взвешенных расстояний, однако, в качестве оценки
переменной Z в произвольной точке (X0, Y0) области
исследования используются не сами известные значения
параметра, а среднее взвешенное значений аппроксимирующих
функций в этой точке:
где N0 – набор номеров ближайших выборочных точек, в общем
случае, суммирование ведется не по всем n выборочным точкам,
а лишь по nw ближайшими соседями той точки, где выполняется
интерполяция, т.е. N0 = nw.
167

168.

Модифицированный метод Шепарда
(Modified Shepard's Method)
Веса выборочных точек, также как и в методе обратных
взвешенных расстояний, обратно пропорциональны расстоянию до
точки оценки, но определяются по другой формуле:
где di – расстояние от точки интерполяции до i-ой точки
измерения; dmax – расстояние до максимально удаленной
выборочной точки, среди тех, которые учитываются при
выполнении интерполяции.
В качестве аппроксимирующих функций используются
квадратичные функции:
Qi(X, Y) = a + b X + c Y + d X Y + e X2 + f Y2
Коэффициенты
i-ой
функции
определяются
методом
взвешенных наименьших квадратов по nw выборочным точкам ближайшим соседям i-ой точки, с ограничением Qi(Xi, Yi) = Zi.
168

169.

Метод кригинга (Kriging)
Метод кригинга – геостатистический метод, основанный
на моделировании вариограммы значений переменной.
Геостатистические
методы
основываются
на
вероятностной
модели,
рассматривающей
изучаемую
пространственную переменную Z как реализацию случайной
функции Z(X,Y), поэтому метод кригинга строит скорее
статистическую
модель
реальности,
чем
модель
интерполяционной функции.
Для построения вероятностной модели метод кригинга
использует «регионализированную переменную», которая
в 3 приближениях может принимать значения:
– дрейф – общая линия тренда значений переменной;
– случайные, но пространственно коррелированные
флуктуации значений переменной;
– случайный шум значений переменной.
169

170.

Метод кригинга (Kriging)
Случайные, но пространственнокоррелированные флуктуации высот
Случайный шум
(валуны)
Дрейф (общий тренд
изменения высоты)

171.

Метод кригинга (Kriging)
Основные этапы создания геостатистической
модели включают:
1. анализ и предварительную обработку данных
(декластеризация, выявление трендов и областей
пространственной
неоднородности,
анализ
распределения, выпадающих значений, анизотропии);
2. расчет значений полудисперсии;
3. построение модели вариограммы;
4. решение системы уравнений кригинга для
определения весовых коэффициентов;
5. получение прогнозного значения и ошибки
(неопределенности) оценки в произвольной точке области
исследования (например, в узлах регулярной сетки).
171

172.

Метод кригинга (Kriging)
Полудисперсия = 0.5 (Zi – Ż)2
Полудисперсия расчитывается для каждой пары точек, находящихся в радиусе поиска.
Полудисперсия
h
h
Расстояние
Полудисперсия
Образование пар точек:
красная точка образует пары со всеми
точками, находящимися в радиусе поиска
h
Расстояние

173.

Сравнение методов интерполяции
Линейная
интерполяция
Модиф.
метод Шепарда
ОВР
Кригинг

174.

Эффект отмывки рельефа
Функция отмывки рельефа создает эффект освещения поверхности,
определяя значение освещенности в каждой точке поверхности.
Азимут - это угловое
направление
расположения
солнца,
измеряемое от севера
против часовой стрелки, в
градусах от 0 до 360.
Исходный растр высот
Отмывка рельефа:
азимут 315 градусов
высоты 45 градусов
Высота - это угол
высоты источника освещения над горизонтом:
от 0 (горизонт) до 90
градусов (зенит).
Наложение растра высот
на отмывку рельефа
174

175.

Создание трехмерных поверхностей
Горизонтальный
угол
(азимут
солнца)
–
угловое
направление расположения солнца,
измеряемое от севера против часовой
стрелки, в градусах от 0 до 360.
Вертикальный угол (зенит
солнца) – это угол высоты
источника
освещения
над
горизонтом.
Позиция и цвет освещения – позиция нахождения точки обзора
в пространстве, которая задается координатами Х, Y и Z, и цвет этого
освещения.
Разрешение – размеры 3D карты в пикселях.
Масштаб
–
отношение
вертикального
масштаба
к
горизонтальному.
Цвет фона – цвет фона вокруг 3D карты.
175

176.

Базы данных
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

177.

Определения
База данных (БД) – это хранилище данных о
некоторой предметной области, организованное в виде
специальной структуры.
Важно:
– данные о некоторой области (не обо всем);
– упорядоченные.
Система управления базой данных (СУБД) – это
программное обеспечение для работы с БД.
Функции:
– поиск информации в БД;
– выполнение несложных расчетов;
– вывод отчетов на печать;
– редактирование БД
!
Информационная система = БД + СУБД!
177

178.

Типы баз данных
Табличные БД:
данные в виде одной таблицы
Иерархические БД:
в виде многоуровневой структуры
Сетевые БД:
набор узлов, в котором каждый может быть
связан с каждым
Реляционные БД (99,9%):
набор взаимосвязанных таблиц
178

179.

Табличные БД
Модель – картотека
Примеры:
• записная книжка
• каталог в библиотеке
Петров Вася
Суворовский пр., д. 32, кв. 11
275-75-75
поля
записи
Фамилия
Имя
Адрес
Телефон
Петров
Вася
Суворовский пр., д. 32, кв. 11
275-75-75
Иванов
Дима
Кирочная ул., д.25, кв.12
276-76-76
1) самая простая структура
2) все другие типы БД используют таблицы
во многих случаях – дублирование данных:
А.С. Пушкин
Сказка о царе Салтане
20 стр.
А.С. Пушкин
Сказка о золотом петушке
12 стр.
179

180.

Табличные БД
Количество полей определяется разработчиком и не может
изменяться пользователем.
1. Любое поле должно иметь уникальное имя.
2. Поля могут иметь различный тип:
– строка символов (длиной до 255 символов);
– вещественное число (с дробной частью);
– целое число;
– денежная сумма;
– дата, время, дата и время;
– логическое поле (истина или ложь, да или нет);
– многострочный текст (МЕМО);
– рисунок, звук или другой объект;
3. Поля могут быть обязательными для заполнения или нет.
4. Таблица может содержать сколько угодно записей (это
количество ограничено только объемом диска); записи можно
добавлять, удалять, редактировать, сортировать, искать.
180

181.

Ключевое поле (ключ таблицы)
Ключевое поле (ключ) – это поле (или комбинация
полей), которое однозначно определяет запись.
В таблице не может быть двух записей с одинаковым
значением ключа.
Могут ли эти данные быть ключом?
• фамилия
• имя
• номер паспорта
• номер дома
• регистрационный номер автомобиля
• город проживания
• дата выполнения работы
• марка стиральной машины ?
181

182.

Иерархические БД
Иерархическая БД – это набор данных в виде
многоуровневой структуры (дерева).
Рабочий
стол
Мои
документы
Моя
музыка
Мои
рисунки
Мой
компьютер
Мои
видеозаписи
A:
С:
D:
Сетевое
окружение
Учебники
Задания
Рисунки
182

183.

Иерархические БД
Прайс-лист:
DNS
Продавец
(уровень 1)
Товар
Мониторы
Принтеры
Phillips
Samsung
(уровень 2)
Sony
Изготовитель
(уровень 3)
Модель
S93
X93B
$306
$312
(уровень 4)
Цена
(уровень 5)
183

184.

Иерархические БД
Приведение к табличной форме:
Продавец
Товар
Изготовитель
Модель
Цена
DNS
Монитор
Sony
S93
$306
DNS
Монитор
Sony
X93B
$312
DNS
Монитор
Phillips
190 B5 CG
$318
DNS
Монитор
Samsung
SyncMaster 193P $452
…
дублирование данных;
при изменении адреса фирмы надо менять его во
всех строках;
нет защиты от ошибок ввода оператора (DNS –
ДНС), лучше было бы выбирать из списка.
184

185.

Сетевые БД
Сетевая БД – это набор узлов, в которых каждый
может быть связан с каждым (схема дорог).
Старые Васюки
Средние Васюки
А
Г
Васюки
Новые Васюки
Б
В
лучше всего отражает структуру некоторых
задач (сетевое планирование в экономике)
сложно хранить информацию о всех связях
запутанность структуры
Можно хранить в виде таблицы, но с
! дублированием
данных!
185

186.

Реляционные БД
1970-е гг. Э. Кодд, англ. relation – отношение.
Реляционная база данных – это набор простых
таблиц,
между
которыми
установлены
связи
(отношения) с помощью числовых кодов.
Изготовители
Продавцы
Прайс-лист
Код
Код
Код записи
Название
Название
Код продавца
Страна
Адрес
Код изготовителя
Сайт
Телефон
Код товара
Сайт
Код модели
Товары
Код
Название
Модели
Цена
Код
Название
Код изготовителя 186

187.

Реляционные БД
нет дублирования информации;
при изменении адреса фирмы достаточно изменить
его только в таблице Продавцы;
защита от неправильного ввода: можно выбрать
только фирму, которая есть в таблице Продавцы;
механизм транзакций: любые изменения вносятся
в базу только тогда, когда они полностью
завершены.
сложность структуры (не более 40-50 таблиц);
при поиске надо обращаться к нескольким
таблицам;
нужно поддерживать целостность: при удалении
фирмы-продавца надо удалять все связанные
записи (автоматически, каскадное удаление).
187

188.

Связи между таблицами
Один к одному («1-1») – одной записи в первой
таблице соответствует ровно одна запись во второй.
Применение: выделение часто используемых данных.
1
1
Код Год рожд.
Адрес
Код
Фамилия
Имя
1
Иванов
Кузьма
1
1992
Суворовский, д.20, кв. 6
2
Петров
Василий
2
1993
Кирочная, д. 30, кв 18
…
…
Один ко многим («1- ») – одной записи в первой
таблице соответствует сколько угодно записей во второй.
товары
1
Код Название
Код
Код товара
прайс-лист
Цена
1
Монитор
123
1
10 999
2
Винчестер
345
1
11 999
…
…
188

189.

Связи между таблицами
Многие ко многим (« - ») – одной записи в
первой таблице соответствует сколько угодно записей во
предметы
второй, и наоборот.
учителя
Код
Фамилия
1
Иванов
2
Петров
…
Код
Название
1
История
2
География
3
Биология
…
Реализация – через третью таблицу и две связи «1- ».
1
Код
Фамилия
1
Иванов
2
Петров
…
расписание
1
Код
Код
учителя
Код
предмета
Класс
1
1
1
9-А
2
1
2
8-Б
3
2
3
7-В
…
Код
Название
1
История
2
География
3
Биология
…
189

190.

Экологическое
картографирование
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]

191.

Экологическое картографирование – наука о
способах
сбора,
анализа
и
картографического
представления информации о состоянии компонентов
природной среды в отдельности и об экологической
обстановке в целом.
Целью экологического картографирования является
анализ экологической обстановки и ее динамики, то есть
выявление пространственной и временной изменчивости
факторов природной среды, воздействующих на
состояние экосистемы.
Для достижения этой цели требуется выполнить сбор,
анализ,
оценку,
интеграцию,
территориальную
интерпретацию экологической информации, и создать
географически
корректное
картографическое
представление этой информации.

192.

Экологическое
картографирование
В рамках природоохранной деятельности выделяют
следующие основные составные части, требующие
картографического обеспечения:
• научно-исследовательская
работа
(с
подразделением по компонентам природной среды,
методам исследования, территориальным единицам
различного уровня или в глобальном масштабе);
• практическая деятельность по охране атмосферного
воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и недр,
растительности и животного мира, ландшафтов
(экосистем) в целом;
• экологическое образование и воспитание.

193.

Экологическое
картографирование
1. Определение субъекта оценки и картографирования,
масштаб исследования;
2. Формулировка цели (постановка задачи, выбор
критериев оценки);
3. Определение
территориального
каркаса,
территориальных единиц;
4. Разработка оценочных шкал, оценка выявленных
критериев
в
рамках
выбранных
территорий,
ранжирование территории по значениям каждого критерия
или комплексная оценка по совокупности критериев;
5. Разработка картографической модели, знаковых
систем, проектирование легенды, пояснительных текстов.

194.

Экологическое
картографирование
Метод географических экспертных оценок позволяет
решать две задачи: выявление экологических проблем и их
пространственную локализацию.
Выявление проблем происходит при сопоставлении
уровней антропогенной нагрузки на данной территории и
потенциала устойчивости самой территории. Как правило,
используются известные экологические проблемы, не
имеющие пространственной привязки.
Пространственная локализация экологических проблем
проводится
экспертом-географом
на
основании
экспертных
оценок
с
ограниченным
числом
количественных данных.

195.

196.

Экологическое
картографирование
Метод формализованных оценок позволяет создать
карты
с
привлечением
показателей,
имеющих
количественное выражение.
При этом экспертная оценка проводится только на
последнем этапе – определение остроты экологических
ситуаций.
Для создания карт таким методом используются
значения
показателей,
при
которых
возникает
экологическая проблема, например эрозия оценивается по
выносу вещества, загрязнение среды по содержанию
химических
веществ,
превышающих
предельно
допустимые концентрации (ПДК).

197.

198.

Комплексность экологического картографирования
предполагает одновременное отображение:
• географической среды, в которой происходит
взаимодействие и развиваются экологические отношения
между природными и техногенными системами;
• техногенных и антропогенных воздействий и
реакции среды на них;
• оценок результатов взаимодействия, то есть
экологического состояния элементов природной среды.
Все комплексные экологические карты делят на три
составные части:
– природно-ландшафтная дифференциация территории;
– использование территории (земель), антропогенные
нагрузки и плотность населения;
– оценка экологической ситуации.

199.

Экологическое
картографирование
Выделяется четыре разновидности комплексных
экологических карт:
– инвентаризационные (элементы природной среды,
характер их использования, источники техногенного
воздействия на них);
– инвентаризационно-оценочные (характеристика
влияния среды на техногенное воздействие);
– комплексные оценочные (оценка экологической
ситуации, характеризующая как отдельные компоненты,
так и состояние среды в целом);
– прогнозные (оценка перспективного состояния
экологической ситуации при текущей экологической
нагрузке).

200.

Объекты экологического
картографирования
Все множество существующих природных явлений,
отображаемых на картах, подразделяется на пять больших
групп, в зависимости от характера пространственной
локализации:
– явления, локализованные в пунктах (например,
места отбора проб, посты мониторинга, предприятия и
города на мелкомасштабных картах), для которых
объектом
отображения
являются
их
точные
местоположения
и,
иногда,
качественные
или
количественные характеристики;

201.

Объекты экологического
картографирования
– явления, локализованные на линиях (например,
дороги, трубопроводы, различные границы), для которых
объекты отображения — точные местоположения,
качественные и количественные характеристики;
– явления, локализованные на площадях, то есть
присутствующие на одних частях картографируемой
территории и отсутствующие на других (например,
предприятия, города и их части на крупномасштабных
картах, особо охраняемые природные территории), для
которых объектом отображения на картах служат районы
распространения
и,
иногда,
качественные
или
количественные характеристики;

202.

Объекты экологического
картографирования
– явления сплошного распространения (например,
атмосфера и ее характеристики, горные породы и их
свойства), для которых объект отображения на картах не
факт наличия, а пространственная изменчивость
качественных или количественных характеристик;
– явления рассеянного распространения, то есть
состоящие
из
множества
мелких
объектов,
индивидуальное отображение которых невозможно
(например,
биологические
виды,
посевы
сельскохозяйственных культур), для которых объектом
отображения также являются, главным образом,
территории и плотность распространения.

203.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– способ значков используется для передачи планового
положения,
количественных
и
качественных
характеристик объектов, по своим размерам не
выражающихся в масштабе карты, но имеющих четкую
точечную локализацию.
Форма и цвет значка чаще всего несут качественную
информацию об изображаемом объекте, а размер и
внутренняя структура – количественную информацию.
В
экологическом
картографировании
значками
обозначаются пункты мониторинга и места отбора проб,
места обитания редких видов флоры и фауны, памятники
природы и другие небольшие по геометрическим
размерам, но важные для содержания карт объекты;

204.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– способ линейных знаков используется для передачи
линий в их геометрическом понимании: границ, береговых
линий, тектонических нарушений.
Линейные знаки на карте должны показывать либо
линии, реально существующие в природе (например,
дороги), либо линии протяженности вытянутых статичных
или динамичных объектов (линии водосливов и
водоразделов, гидрохимические потоки).
Линейные знаки могут передавать количественные и
качественные
характеристики.
Количественные
показатели (мощность грузопотоков) передаются с
помощью ширины линии или полосы, а качественные
(состав грузопотоков) — структурой линии, цветом.

205.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
В экологическом картографировании способ линейных
знаков употребляют для отображения линейных
источников воздействия на окружающую среду:
автомобильных и железных дорог, трубопроводов, ЛЭП и
иных транспортных коммуникаций;
– способ качественного фона используется для
качественной
характеристики
явлений
сплошного
распространения
(почвы,
геологическое
строение,
ландшафты) или, реже, рассеянного распространения
(население, народы). При его использовании территория
делится на качественно однородные контуры, которые
окрашиваются или штрихуются в соответствии с
качественной характеристикой.

206.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
В
экологическом
картографировании
способ
качественного фона образует основное содержание на
картах оценки экологических ситуаций, используется на
комплексных экологических картах для отображения
распространения ландшафтов и характера использования
земель, устойчивости ландшафтов к техногенным
нагрузкам, распространения загрязнения и др.;
– способ изолиний. Изолинии используются для
количественной характеристики сплошных и постепенно
изменяющихся в пространстве явлений, таких как
температура воздуха, количество осадков, рельеф.

207.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
В экологическом картографировании способ изолиний
используют для картографирования многочисленных
физико-географические параметров, частные и общие
количественные
характеристики
загрязнения
и
устойчивости
компонентов
природной
среды
к
загрязнению, интенсивность геодинамических процессов
и др.
– способ ареалов используется для передачи области
распространения явлений, имеющих ограниченное по
площади распространение, причем в пределах этой
площади картографируемое явление может быть
дискретным, сплошным или рассеянным.

208.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
Главное отличие способа ареалов от способа
качественного фона – тип локализации.
В экологическом картографировании способ ареалов
применяется по своему прямому назначению: для показа
ареалов биологических видов, особо охраняемых
природных территорий, участков распространения
определенных видов загрязнения, геодинамических
процессов;

209.

210.

211.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– способ локализованных диаграмм используется для
передачи на карте сезонной или иной динамики явлений,
имеющих сплошное или линейное распространение.
Динамика явлений изображается с помощью графиков или
диаграмм, характеризующих явление в пунктах его
изучения.
В
экологическом
картографировании
способом
локализованных
диаграмм
передается
сезонная,
межгодовая или иная изменчивость показателей
заболеваемости, концентрации отдельных веществ, общих
уровней загрязнения атмосферы или гидросферы, условия
рассеяния или потенциала самоочищения;

212.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– точечный способ используется для передачи явлений
рассеянного распространения (сельское население,
поголовье скота, посевные площади). Изобразительным
средством является множество точек одинакового размера,
каждая из которых имеет определенный «вес» – значение
количественного показателя.
В экологическом картографировании точечный способ
пока практически не нашел применения. Возможно его
использование для отображения распространения редких
и охраняемых либо опасных для человека видов;

213.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– способ картодиаграмм предполагает изображение
суммарной величины каких-либо явлений с помощью
графиков или диаграмм, помещаемых внутри единиц
территориального
деления,
чаще
всего
административного. При использовании этого способа
карта в целом показывает распределение явления по
исследуемой
территории.
В
экологическом
картографировании картодиаграммами показываются
объемы выбросов и сбросов, количество отходов, объемы
внесения удобрений и пестицидов, заболеваемость по
единицам территориального деления и т.д.

214.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– способ картограмм используют для графического
отображения средней интенсивности какого-либо явления
в пределах определенных территориальных единиц, чаще
всего административных, не связанных с действительным
распространением этого явления в природе.
Таким образом, тип локализации отображаемого
явления может быть любым: точечным, линейным,
сплошным, рассеянным, ограниченным по площади, но
графическая
интерпретация
«привязывает»
количественную информацию к ограниченной площади,
по аналогии со способом картодиаграмм.

215.

Способы отображения объектов
экологического картографирования
– знаки движения (линии движения, векторы)
используются для показа перемещений объектов
различной локализации. Движение точечных объектов
создает линию (например, маршрут морского судна),
движение
воздушных
масс
образует
сплошное
повсеместное перемещение в пространстве, миграция
животных имеет рассеянный характер распространения,
океанические и морские течения создают перемещение,
ограниченное по площади.
В экологическом картографировании способ знаков
движения для отображения направления распространения
загрязняющих веществ, путей миграции животных и т.д.

216.

217.

Спасибо за внимание!
Подготовил:
доцент каф. Геоэкологии,
А.В. Стриженок
[email protected]