Основные функции ГИС

1.

Тема: Основные функции ГИС
1.
Растрово-векторные операции.
2.
Измерительные операции и операции аналитической (координатной)
геометрии.
3.
Полигональные операции.
4.
Пространственно-аналитические операции.
5.
Пространственное моделирование.
6.
Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей.
7.
Вывод данных.

2.

Растрово-векторные операции — это функции, которые
выполняются в ГИС-системах для работы с
пространственными данными.
Растрово-векторное преобразование данных (векторизация) — это
процесс преобразования растрового представления данных в
векторное с помощью набора заранее определённых операций.
Обычно осуществляется автоматически или полуавтоматически.
Векторно-растровое преобразование (растеризация) — это процесс
конвертации векторного представления данных в растровое
изображение. При этом элементам растра (пикселам) присваивается
некоторое значение векторного объекта. Примером такого
преобразования могут являться тепловые карты.

3.

4.

Операции с растровыми и векторными слоями
Типичные пространственные процессы для растровых данных включают, например,
классификацию снимков на регионы с отдельными характеристиками, выделение зон и
объектов на изображении. Часто используется и анализ поверхностей цифровых моделей
рельефа: распространенные операции, такие как расчет уклона и экспозиции склона,
пригодятся в экологии, гидрологии и в строительстве.
Операции при работе с векторными данными включают создание новых точек, линий или
полигонов, а также разделение, объединение или удаление существующих объектов, их
редактирование и обновление. Векторные данные можно выделять на основе их
характеристик и пространственного расположения: например, можно выбрать все участки
в городе, которые имеют определенное значение плотности застройки, выделить все
пятиэтажки или выбрать все скамейки в пределах определенного расстояния от заданной
точки.

5.

Векторные и растровые слои в QGIS
Чтобы создать файл с векторными данными на основе растрового
изображения, можно оцифровать отдельные элементы загруженного
растрового слоя. Для этого добавьте в QGIS нужный растр и создайте новый
шейп-файл с помощью инструмента "Слой" – "Создать слой" – "Новый слой
Shapefile".
В процессе создания нового шейп-файла необходимо выбрать тип геометрии
(точка, линия или полигон), а после создания – включить режим
редактирования, щелкнув по слою, загруженному в QGIS.
В зависимости от типа геометрии векторных данных, выбираем в меню
добавить в слой линии, точки или полигоны, чтобы начать отрисовку поверх
растра. Например, для оцифровки и редактирования слоя дорог вы можете
нажать кнопку "добавить новый элемент линии", а затем начать перерисовать
дорогу по растровым данным в QGIS.

6.

Преобразование растра в вектор и наоборот
Помимо оцифровки на основе растровых данных, вы также можете преобразовать растр в
вектор с помощью инструмента "Растр в вектор": в QGIS вы найдете его в меню "Растр" –
"Преобразование" – "Создание полигонов (Растр в вектор)".
Для преобразования векторных данных в растровые можно использовать инструмент
"Растеризация" в верхней панели QGIS. Чтобы запустить инструмент, перейдите в "Растр" –
"Преобразование" – "Растеризация (Вектор в растр)". Заполните поля, а алгоритм
преобразует векторные данные в растровые.

7.

Измерительные
операции
и
операции
аналитической
(координатной) геометрии — термин из области картографии и
геоинформатики. Эти операции связаны с работой с
пространственными объектами, которые могут быть выполнены на
эллипсоиде или шаре.
Некоторые виды таких операций:
•вычисление длин отрезков прямых и кривых линий;
•определение площадей, периметров, объёмов;
•расчёт характеристик формы объектов;
•автоматизация обработки данных геодезических измерений.

8.

Полигональные операции.
Полигональная техника моделирования базируется на операциях с четырёхугольниками (полигонами),
которые состоят из точек и рёбер. К базовым операциям можно отнести: перемещение, вращение,
масштабирование, выдавливание, разделение, слияние, скольжение.
Полигональные операции - это операции, включающие:
-определение принадлежности точки полигону, линии полигону,
-наложение полигонов (топологический оверлей),
-уничтожение границ и слияние полигонов,
-индикацию и удаление паразитных полигонов,
-генерацию полигонов Тиссена (диаграмм Вороного).
Полигоны Тиссена-полигоны с перпендикулярными отрезками, восстановленными в
центре отрезков линии между точками, так что расстояние от любой точки полигона до
данной точки на заданном множестве точек меньше, чем в любой точке множества.
Построение многоугольников Тиссена состоит из двух этапов – триангуляции и
построения многоугольников.

9.

Если у нас есть несколько точечных объектов, таких как города (опять же, одного размера), мы можем представить себе,
что каждая точка окружена одиночным неправильным многоугольником. Но многоугольник имеет одно важное свойство
– любая точка внутри него находится ближе к очерченной точке, чем любая другая точка покрытия. И наоборот, каждая
точка вне полигона расположена ближе к некоторой иной точке, нежели к очерченной. Другими словами, граница
каждого полигона дает окружаемой точке наименьшую возможную область влияния. Каждая точка покрытия будет иметь
свой собственный полигон Тиссена, показывающий область исключительно ее влияния.

10.

Пространственно-аналитические операции.
Пространственно-аналитические операции — это методы, которые используются для исследования объектов с использованием их
топологических, геометрических или географических свойств.
Некоторые пространственно-аналитические операции:
•Пространственная интерполяция. Метод, который используется для оценки значений переменной в локациях, где нет измерений, на
основе значений этой же переменной в тех локациях, где измерения выполнены.
•Анализ буферных зон. Создание зон вокруг объектов для анализа их воздействия или взаимодействия с окружающими объектами.
•Геостатистический анализ. Применение статистических методов для анализа и прогнозирования пространственных явлений.
•Пространственные корреляция и регрессия. Анализ статистических взаимосвязей и зависимостей между пространственно
распределёнными переменными.
•Сетевой анализ. Анализ связей и путей в сетевых структурах, таких как дорожные сети или коммуникационные системы.
•Модели пространственного взаимодействия. Анализ и моделирование взаимодействий, потоков и связей между различными
пространственными единицами.
•Анализ близости. Пространственно-аналитическая операция, основанная на поиске двух ближайших точек среди заданного их
множества (поиск кратчайшего расстояния).
•Анализ видимости-невидимости. Операция по обработке цифровых моделей рельефа, которая обеспечивает оценку поверхности с
точки зрения видимости или невидимости отдельных её частей.

11.

Пространственное моделирование
Пространственное моделирование — это способ цифрового описания пространственных объектов, тип
структуры пространственных данных.
Оно включает комплекс технологий, например: построение цифровых моделей местности, визуальное
моделирование, когнитивное моделирование, 3D-моделирование, картографическое моделирование,
фотограмметрическое проектирование, автоматизированную обработку изображений.
Цель пространственного моделирования — либо объяснение того, что есть, либо прогнозирование того, что
будет. Моделирование позволяет с меньшими затратами воссоздать процессы взаимодействия реального
объекта и внешней среды и выявить критерии оптимизации этого взаимодействия.
Некоторые виды пространственного моделирования:
•Знаковое. Моделями служат знаковые конструкции: карты, схемы, графики, чертежи, формулы, графы,
условные знаки, тайлы и т.п..
•Математическое. Совокупность формальных описаний (формул, уравнений, неравенств, логических
условий), отражающих реальный процесс изменения состояния объекта в зависимости от различных
внешних и внутренних факторов.
•Цифровое. Среди пространственных цифровых моделей выделяют цифровую модель местности, цифровую
модель объекта, цифровую модель явления (процесса).

12.

Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей.
Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей — это процесс компьютерного представления данных о
земной поверхности. В его основе — цифровые модели рельефа, которые представляют собой набор точек с известными
координатами и высотами.
Некоторые области применения такого моделирования:
- Картографирование. Модели помогают в создании карт, например, крутизны и экспозиции склонов.
- Ландшафтный дизайн. При обустройстве обширной местности нужно знать об особенностях грунта и рельефа,
например, где будет скапливаться вода и в каком месте лучше посадить растения.
- Проектирование зданий и сооружений. На основе цифровых моделей создаются модели будущих строений, при этом
учитываются не только координаты точек, но и характеристики строительной площадки.
- Строительство автомобильных дорог, магистралей и развязок.
- Решение задач по охране территории.
- Научные исследования.
Исходные данные для формирования цифровых моделей рельефа могут быть получены по картам (цифрованием
горизонталей), по стереопарам снимков, а также в результате геодезических измерений или лазерного сканирования
местности.
Для быстрого получения цифровой модели местности и её обработки применяют специальное программное
обеспечение.

13.

Вывод данных в ГИС — это генерация и оформление результатов работы системы в
различных формах.
Некоторые виды вывода данных в ГИС:
Картографический вывод. Карты — наиболее компактный способ представления
географической информации. Различают основные справочные карты, которые содержат
информацию о взаимном расположении объектов, и тематические карты, передающие
информацию по определённой теме, например землепользование или уровень
экологической безопасности.
Некартографический вывод. К нему относятся, например, таблицы, текстовые отчёты,
графики и диаграммы.
Временный вывод. Обычно данные выводятся на экран монитора или проекционный
экран для демонстрации результатов анализа или предварительного просмотра файлов.
Постоянный вывод. Данные выводятся на бумагу, плёнку, компакт-диски или другие
носители, которые могут хранить результат долгое время.
Также вывод данных в ГИС может быть ориентирован на человека или машину. Машинноориентированный вывод чаще всего используется для сохранения материала на
компьютерных носителях информации, а человеко-ориентированный предназначен для
восприятия людьми.