Географические информационные системы в тематической картографии

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ 
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 
В ТЕМАТИЧЕСКОЙ 
КАРТОГРАФИИ

В.П. РАКЛОВ

5-е издание, стереотипное

Рекомендовано 
УМО по образованию в области землеустройства и кадастров 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям подготовки 21.03.02 «Землеустройство 
и кадастры», 05.03.06 «Экология и природопользование», 
21.03.03 «Геодезия и дистанционное зондирование»

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 528(075.8)
ББК 26.1я73
 
Р19

Раклов В.П.
Р19 
 
Географические информационные системы в тематической картографии : учебное пособие / В.П. Раклов. — 5-е изд., стереотип. — Москва : 
ИНФРА-М, 2021. — 177 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — 
DOI 10.12737/textbook_5cc067d8ac2920.27332843.

ISBN 978-5-16-015299-8 (print)
ISBN 978-5-16-107762-7 (online)
В учебном пособии рассматриваются основные вопросы организации, 
взаимодействия и функциональные возможности ГИС, даются определения основных терминов и рекомендации по выбору различных ГИС. Подробно освещаются технологические вопросы создания электронных карт 
с использованием ГИС-технологий в средах Maplnfo и ArcView при производстве кадастровых работ, для охраны окружающей среды и мониторинга 
земель.
Первое издание пособия (2004) было удостоено Диплома 1-й степени 
на Всероссийском смотре «Лучшая аграрная книга».
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Адресуется студентам и преподавателям вузов, специализирующимся 
в области геодезии и картографии, а также специалистам по кадастру недвижимости и мониторингу окружающей среды.

УДК 528(075.8)
ББК 26.1я73

ISBN 978-5-16-015299-8 (print)
ISBN 978-5-16-107762-7 (online)
© Раклов В.П., 2019

Р е ц е н з е н т ы:
Комедчиков Н.Н. — кандидат географических наук, заведующий лабораторией института географии Российской академии наук

Оглавление

В в е д е н и е ....................................................................................................................................  
5

Глава 1. Общая блок-схема создания тематических карт природных (земельных)

ресурсов. Место и роль географических информационных систем (ГКО..... 
7

Глава 2. Географические информационные системы (ГНС)...............................................  и

§ 1. О с н о в н ы е  п о н я т и я  и  о п р е д е л е н и я ............................................................................ 14

§ 2. К л а с с и ф и к а ц и я  Г И С .....................................................................................................  20

§ 3 . С в я з ь  Г И С  с д р у г и м и  н а у ч н ы м и  д и с ц и п л и н а м и  и  т е х н о л о г и я м и ..................  24

Глава 3. Вопросы организации, хранения

и обработки картографической инф ормации......................................................... 27

§ 4. П р и н ц и п ы  п р е д с т а в л е н и я  г р а ф и ч е с к о й  и н ф о р м а ц и и  в к о м п ь ю т е р е .

Р а с т р о в а я  и  в е к т о р н а я  ф о р м ы  п р е д с т а в л е н и я  д а н н ы х ...................................... 27

§ 5. Ф о р м а т ы  г р а ф и ч е с к и х  ф а й л о в ..................................................................................  33

§ 6. С о с т а в н ы е  ч а с т и  Г И С ...................................................................................................  35

§ 7. П о д с и с т е м а  в в о д а  и н ф о р м а ц и и ................................................................................  36

§ 8. П о д с и с т е м а  в ы в о д а  и з о б р а ж е н и й ............................................................................ 40

§ 9. П о д с и с т е м а  х р а н е н и я  и н ф о р м а ц и и . П о н я т и я  о  б а з а х  д а н н ы х .

Г р а ф и ч е с к а я  и  а т р и б у т и в н а я  б а з ы  д а н н ы х ........................................................... 45

§ 10. П р е д с т а в л е н и я  ц и ф р о в о й  к а р т ы ..............................................................................  51

§ 1 1 . П о д с и с т е м а  о б р а б о т к и , п о и с к а  и  а н а л и з а  д а н н ы х .

П о с л о й н а я  о р г а н и з а ц и я  д а н н ы х ...............................................................................  54

Глава 4. Технологические вопросы создания тематических карт

в среде ГИС M aploto и A rcV iew ..........................................................................57

§ 12. Т р е б о в а н и я  к  Г И С .......................................................................................................... 57

§ 13. О т л и ч и т е л ь н ы е  о с о б е н н о с т и  Г И С  M a p ln f o ...........................................................  59

§ 14. П о д г о т о в к а  к  с о з д а н и ю  к а р т ы ...................................................................................  60

§ 15. У п р а в л е н и е  с л о я м и .......................................................................................................  68

§ 16. С о з д а н и е  б а з ы  д а н н ы х .................................................................................................  73

Глава 0. Разработка содержания и тематических слоев к ар ты ...................................... 78

§ 17. С п о с о б ы  и з о б р а ж е н и я  т е м а т и ч е с к о г о  с о д е р ж а н и я ........................................... 78

§ 18. С о з д а н и е  т е м а т и ч е с к и х  с л о е в  в Г И С  M a p ln f o .....................................................  83

§ 19. Разработка числовых шкал легенды.................................................................. 89
§ 20. Компоновка карты и формирование макета печати......................................  91
§ 21. Создание тематических слоев в среде ГИС ArcView.....................................  92
§ 22. Дополнительные возможности пакета Maplnfo.

Программные средства генерализации........................................................... 96

§ 23. Проверка топологической корректности векторных данных....................... 99

Глава б. Особенности ГИС-кзртограррованин

для целей комплексного кадастра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . к м

§ 24. Вопросы информационного обеспечения кадастра.......................................  101
§ 25. Создание и основные задачи

единого информационного пространства.......................................................  108

§ 26. Применение ГИС-технологий при создании

электронных карт для целей земельного кадастра........................................  111

§ 27. Использование различных ГИС

при производстве кадастровых работ.............................................................. 117

§ 28. Использование ГИС для охраны окружающей среды

и мониторинга земель.........................................................................................  147

Библиографический список.......................................................................................  150

Глоссарий....................................................................................................................... 151

Введение

Начало развития географических информационных систем (ГИС) 
в нашей стране относится к концу 1960-х годов, но только с начала 
1990-х годов эти системы получили широкое распространение, что 
было обусловлено колоссально быстрым развитием средств вычислительной техники и снижением ее стоимости, а также появлением 
мощных периферийных устройств ввода, вывода и обработки информации.

Применение ГИС-технологий при создании тематических планов и карт позволяет резко увеличить оперативность и качество 
работы с пространственной информацией по сравнению с традиционными «бумажными» технологиями. Первыми попытками применения процессов автоматизации в картографии (и в географии в 
целом) стали банки географической информации. Однако с течением времени накапливался опыт сбора, хранения и управления данными, нарабатывались библиотеки программ, решающих стандартные задачи. Актуальными стали задачи манипулирования данными 
и их анализа.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении объекта, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый 
индекс, избирательный округ, идентификатор или кадастровый номер земельного или лесного участка, название дороги или километровый столб на магистрали и т. п.

С помощью ГИС можно быстро определить и посмотреть на 
карте, где находится интересующий вас объект или явление, такие 
как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная 
вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по 
какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома, т. е. одним щелчком «мыши» найти и «подсветить» на 
карте интересующий вас графический объект.

Эти и другие возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее 
применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и 
выделением главных факторов и причин, а также их возможных

последствий, с планированием стратегических решений и текущих 
последствий предпринимаемых действий. Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниям, которые рискнули перейти на 
информационные технологии в своей производственной деятельности, завоевать соответствующее место на рынке.

ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы 
клиентов; выявлять территории, подходящие для требуемых мероприятий; анализировать взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельскохозяйственных культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной 
территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метро- 
вые кухни, а затем для выдачи более подробного описания этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например, стоимостных характеристик каждого из строений. 
Можно получить список всех домов, находящихся на заданном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или 
места работы.

ГИС широко используются в землеустройстве и земельном кадастре, т. к. данные действия невозможно себе представить без процедур обработки и воспроизведения не только огромного числа статистических данных, но и больших объемов текстовой и графической 
информации, имеющих пространственную привязку.

В данном пособии рассматриваются основные вопросы организации, взаимодействия и функциональные возможности ГИС, даются рекомендации по выбору ГИС, достаточно подробно освещаются технологические вопросы создания электронных карт с использованием ГИС-технологий.

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса 
«Географические информационные системы», утвержденной Советом УМО в области землеустройства и кадастров.

Глава 1. ОБЩАЯ БЛОК СХЕМА СОЗДАНИЯ ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ 
ПРИРОДНЫХ (ЗЕМЕЛЬНЫХ) РЕСУРСОВ. МЕСТО И РОЛЬ 
ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (ТИС)

Создание первичных планов и карт в большинстве случаев выполняется в настоящее время двумя методами: по результатам наземных геодезических съемок и, в большинстве случаев, с использованием материалов дистанционного зондирования местности. 
К таким материалам относятся полутоновые как цветные, так и черно-белые космические или аэрофотоснимки, полученные с помощью 
различных аэрофотосъемочных систем, устанавливаемых на борту 
искусственных спутников Земли, космических станциях, самолетах, 
вертолетах, дельтапланах и пр.

Комплекс работ по созданию земельноресурсных (в том числе 
и земельно-кадастровых) карт осуществляется по определенной технологии, обобщенная блок-схема которой представлена на рис. 1. 
На данной блок-схеме отчетливо просматриваются несколько отдельных крупных блоков (подсистем), основными из которых являются:

Фотограмметрическая подсистема, при помощи которой осуществляется ввод и преобразование полутоновых цветных или черно-белых фотоматериалов в цифровой вид, их последующая обработка и выдача конечной продукции в виде ортофотопланов (полутоновые изображения участка местности в ортогональной проекции) 
или штриховых кадастровых планов.

На данной блок-схеме отчетливо просматриваются несколько 
отдельных крупных блоков (подсистем), основными из которых являются:

Фотограмметрическая подсистема, при помощи которой осуществляется ввод и преобразование полутоновых цветных или черно-белых фотоматериалов в цифровой вид, их последующая обработка и выдача конечной продукции в виде ортофотопланов (полутоновые изображения участка местности в ортогональной проекции) 
или штриховых кадастровых планов.

Подсистема цифрования ортофотопланов и карт, при помощи 
которой преобразуются в цифровой вид уже имеющиеся ортофотопланы, планы и карты.

Подсистема цифровой обработки, хранения и отображения 
картографической информации, которая служит для создания циф

Рис. 1. Блок-схема создания цифровых и электронных земельно-ресурсных карт

Гевграфнчески! ннррм яц и вн и ы е еи ет ем ы  в т е и а т е м й  картографии

Глава 1. Идя блш-шма спздаииа шятичесш парт природнык (земельны»! ресров...
8

ровой модели местности (ЦММ) путем преобразования растровых 
изображений в векторную форму, формирования тематических 
слоев, создания специальных хранилищ информации (баз данных) 
и электронных карт, выдачи готовой продукции в виде цветных земельно-кадастровых и других тематических карт.

Последние две подсистемы будут являться предметом подробного рассмотрения в последующих главах данного пособия, поэтому 
кратко остановимся на отдельных процессах, которые включает в 
себя фотограмметрическая подсистема. Это:

1) аэрофотосъемка;
2) геодезические работы по планово-высотной привязке опорных 
точек (опознаков);

3) фотограмметрическая обработка.

1. 
Аэрофотосъемку выполняют, как правило, аналоговыми аэрофотоаппаратами, в результате чего получают негативы, с которых 
контактным или проекционным способами изготавливают фотоотпечатки на бумаге или диапозитивы на прозрачных недеформиру- 
ющихся пленках. В последние годы на рынке появились цифровые 
аэрофотокамеры (рис. 2), при помощи которых возможно получить 
непосредственно в процессе фотографирования цифровое фотоизображение местности и передать его для последующей обработки 
в компьютер, минуя стадию не только фотохимической обработки, 
но и стадию сканирования, т. е. преобразования фотоизображения 
в цифровой вид. Они работают как обычные фотокамеры, но вместо пленки в них используется светочувствительный элемент, преобразующий изображение в электрические сигналы. После кодирования сигналов они запоминаются в памяти камеры, откуда их 
можно в любое время переписать на компьютер. Далее можно обработать фотоснимки с помощью графических редакторов и распечатать их на принтере. Имея качественную фотокамеру, можно 
отказаться от использования сканера и копировального устройства.

В настоящее время ввод аналоговых фотоизображений осуществляется преимущественно сканированием фотоматериалов, в качестве которых используются как отдельные негативы или диапозитивы, так и рулонные аэрофильмы.

Сканеры для обработки аэрофото- и космических снимков достаточно дороги. К ним предъявляются очень высокие требования: 
разрешение до 10 мкм, точность 2 — 3 мкм (0,02 — 0,03 мм), формат 
24 х 24 см. При этом следует учитывать, что в некоторых сканерах 
используется разное разрешение по горизонтали и по вертикали. 
Широко распространенные сканеры Hewlett Packard достаточно 
надежны и просты в использовании. Из дешевых сканеров следует 
отметить устройства, производимые фирмой Mustek. Они являются 
лучшими по соотношению цена/качество.

Географические информационные системы в тематической картограф ии

Современные цифровые аэрофотокамеры

Рис. 2

На рисунке 3 представлена последняя модель фотограмметрического сканера Photoskan-2001 корпорации Z/I, которая образовалась от слияния двух мощнейших фирм Zeiss (Германия) и Intergraph 
(США).

Рис. 3. Фотоскан-2001

Фотоскан-2001 обладает одним из наилучших на сегодняшний 
день точностными характеристиками, например, инструментальная 
средняя квадратическая ошибка составляет величину 2 мкм.

2. 
Геодезические работы выполняются с целью определения 
планово-высотных координат некоторых наземных точек (опозна- 
ков), которые при дальнейшей фотограмметрической обработке 
используются для «привязки» всех фотоматериалов к местности.

Глава 1. Общая И лок-ш м а создания тематических карт природных (земельных) ресурсов...
11

Именно планово-высотные данные, полученные на этом этапе, задают требуемую систему координат и проекцию, в которой в дальнейшем будут созданы планы и карты.

В настоящее время для определения геодезических координат 
широкое применение получила система спутникового позиционирования (GPS-аппаратура) (рис. 4). Ее использование позволило 
существенным образом упростить геодезический процесс, получая 
координаты опознаков с требуемой точностью, но значительно 
быстрее, чем при использовании традиционных геодезических 
приборов (теодолитов, дальномеров, электронных тахеометров 
и т. п.).

Рис. 4. Комплект GPS-аппаратуры

3. 
Фотограмметрическая обработка включает в себя такие процессы, как:

— аналитическую фототриангуляцию, т. е. способ определения 
по опорным точкам координат других точек местности фотограмметрическими методами. В результате получают не только 
искомые координаты точек местности, но и так называемые 
элементы внешнего ориентирования модели, которые позволяют определить пространственное положение стереомодели 
в момент фотографирования. В последнее время элементы внешнего ориентирования стали определять непосредственно во 
время аэрофотосъемки, используя уже упоминавшиеся выше 
GPS-приемники;

— векторизация (цифрование) объектов по стереомодели или цифровая стереофотограмметрическая обработка с одновременным 
дешифрированием этих объектов и представлением их в принятых условных обозначениях (рис. 5);

Г м р а р щ щ  инфпрмацивниые системы в т е м а т н ч е ш й  картографии

Рис. 5

— получение цифровой модели рельефа (рис. 6, а) и создание на 
ее основе цветных или черно-белых ортофотопланов (рис. 6, б). 
Описанная выше технология создания ортофотопланов по 
материалам дистанционного зондирования местности и необходимые для ее реализации фотограмметрические и картографические программно-технические средства широко применяется 
ныне во всех производственных подразделениях УФГП Госзем- 
кадастрсъемка (ВИСХАГИ) и доказала свою жизнеспособность в 
условиях рынка.

Как видно из приведенной блок-схемы, центральным ядром 
общей технологической схемы является подсистема цифровой обработки, хранения и отображения графической информации, с 
которой в последующих разделах пособия познакомимся более подробно.

Рис. 6, а