Использование геоинформационных систем для изысканий и мониторинга на водных объектах
Покупка
Тематика:
Гидрогеология. Геокриология
Издательство:
Поволжский государственный технологический университет
Автор:
Турлов Алексей Генрихович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 60
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-8158-2286-3
Артикул: 800917.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Приведены основные сведения о геоинформационных системах. Рассмотрены методы обработки и анализа работ по проведению изысканий и мониторинга на водных объектах с использованием ГИС-технологий.
Для студентов направления 20.04.02 «Природообустройство и водопользование».
Тематика:
ББК:
УДК:
- 004: Информационные технологии. Вычислительная техника...
- 556: Гидросфера. Вода в целом. Общая гидрология. Водное хозяйство в целом
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 20.04.02: Природообустройство и водопользование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А. Г. ТУРЛОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ИЗЫСКАНИЙ И МОНИТОРИНГА НА ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ Учебно-методическое пособие Йошкар-Ола 2022
УДК 556.012:004(07) ББК 26.22:32.81я7 Т 86 Рецензенты: профессор кафедры строительных конструкций и водоснабжения ПГТУ, доктор технических наук А. Г. Поздеев; доцент кафедры строительных конструкций и водоснабжения ПГТУ, кандидат технических наук Ю. А. Кузнецова Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГТУ Турлов, А. Г. Т 86 Использование геоинформационных систем для изысканий и мониторинга на водных объектах: учебно-методическое пособие / А. Г. Турлов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2022. – 60 с. ISBN 978-5-8158-2286-3 Приведены основные сведения о геоинформационных системах. Рассмотрены методы обработки и анализа работ по проведению изысканий и мониторинга на водных объектах с использованием ГИС-технологий. Для студентов направления 20.04.02 «Природообустройство и водопользование». УДК 556.012:004(07) ББК 26.22:32.81я7 ISBN 978-5-8158-2286-3 © Турлов А. Г., 2022 © Поволжский государственный технологический университет, 2022
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие.............................................................................................................. 4 Введение.................................................................................................................... 5 1. Общие сведения о геоинформационных системах....................................... 6 1.1. Понятие о ГИС. Основные цели и задачи создания и использования ГИС. Структура ГИС ............................................ 6 1.2. Организация хранения данных в ГИС ....................................................... 9 1.3. Представление данных в ГИС .................................................................. 11 1.4. Организация ГИС-карты........................................................................... 13 Контрольные вопросы ..................................................................................... 15 2. Создание плановой основы для проведения изысканий и мониторинга .. 16 2.1. Создание плана........................................................................................... 16 2.2. Привязка растра ......................................................................................... 19 Контрольные вопросы ..................................................................................... 20 Задание.............................................................................................................. 21 3. Создание объектов на ГИС-карте.................................................................. 22 3.1. Оцифровка растра....................................................................................... 22 3.2. Ввод объектов с клавиатуры...................................................................... 25 3.3. Ввод объектов заливкой из файла............................................................. 26 Контрольные вопросы ..................................................................................... 28 Задание.............................................................................................................. 28 4. Работа с объектами геоинформационной системы..................................... 29 4.1. Организация запросов на поиск информации......................................... 29 4.2. Групповая обработка объектов................................................................. 35 4.3. Поиск и построение по спискам объектов............................................... 38 Контрольные вопросы ..................................................................................... 41 Задание.............................................................................................................. 41 5. Использование и анализ 3D-изображения в геоинформационной системе........................................................................... 42 5.1. Создание матриц высот............................................................................. 42 5.2. Построение горизонталей рельефа........................................................... 45 5.3. Построение профилей ............................................................................... 46 Контрольные вопросы ..................................................................................... 47 Задание.............................................................................................................. 47 6. Создание матрицы качеств............................................................................. 48 Контрольные вопросы ..................................................................................... 53 Задание.............................................................................................................. 53 7. Создание матрицы слоев................................................................................. 54 Контрольные вопросы ..................................................................................... 57 Задание.............................................................................................................. 57 Заключение.............................................................................................................. 58 Список литературы................................................................................................. 59
ПРЕДИСЛОВИЕ Курс «Геоинформационные системы» является одной из дисциплин естественнонаучного модуля при подготовке магистров в области природообустройства и водопользования. Он направлен на получение обучающимися знаний в области применения методов современных информационных технологий при решении научных и практических задач. Геоинформационные системы предназначены для работы с пространственно привязанной информацией и наиболее востребованы в области инженерных изысканий и мониторинга окружающей среды. Освоение дисциплины позволит выпускнику: • применять в дальнейшей профессиональной деятельности современные информационные методы обработки и анализа геоинформации; • решать конкретные организационно-технологические задачи для координации деятельности специалистов, занятых подготовкой, планированием и выполнением работ по инженерно-геодезическим изысканиям в области природообустройства и водопользования; • владеть методами производственного контроля качества выполненных основных видов работ. Настоящее пособие разработано в соответствии с государственным стандартом подготовки магистров по направлению 20.04.02 «Природообустройство и водопользование» (профиль «Комплексное использование и охрана водных ресурсов»). Пособие предназначено для изучения теоретического курса и может служить в качестве справочного руководства при организации инженерных изысканий и мониторинга на водных объектах, а также при выполнении выпускной квалификационной работы.
ВВЕДЕНИЕ При проведении изысканий и мониторинга на водных объектах необходимо определять широкий спектр показателей в различных точках, распределенных к тому же не только в плане, но и по водной и земной толще. При этом из-за больших размеров объектов и сложности проведения полевых работ точки наблюдений, как правило, отстоят достаточно далеко друг от друга. Для получения полной информации об исследуемом объекте в любой его точке требуется не просто обработать данные изысканий, а получить информационную модель объекта. Именно для этой цели наиболее пригодны геоинформационные системы (ГИС), средства представления координатно привязанной информации. Применение геоинформационных систем позволяет не только получить информацию о современном состоянии территорий. С их помощью можно проследить динамику изменения различных показателей, спрогнозировать последствия тех или иных природных и техногенных явлений, выявить опасные зоны и объекты, попадающие в эти зоны. Геоинформационные системы позволяют хранить большой объем разнообразной информации, проводить поиск информации по различным сочетаниям условий. Слоистая структура организации данных обеспечивает требуемую наглядность представления информации. ГИС- системы можно легко подстроить под конкретные задачи пользователя, а также обеспечить вывод информации для обеспечения принятия управленческих решений.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 1.1. Понятие о ГИС. Основные цели и задачи создания и использования ГИС. Структура ГИС Информация, в первую очередь пространственная информация, стала важнейшим ресурсом и ценным товаром: тот, кто владеет ею, способен контролировать ситуацию в сферах экономики и экологии, политики и национальных отношений и во многих других отраслях человеческой деятельности. Отсутствие пространственной географической информации неизбежно приводит к серьезным упущениям и просчетам. Сегодня в промышленно развитых странах существуют тысячи геоинформационных систем (ГИС), используемых в экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, ведении кадастров, науке и образовании и т. д. ГИС охватывают все пространственные уровни – от глобального до муниципального, интегрируя самую разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, аэрокосмическую, статистическую, материалы полевых экспедиций и т. д. В создании ГИС участвуют международные организации (ООН, ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, мини- стерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно- исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ас- сигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная (нередко транснаци- ональная) геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телеком- муникационными сетями.
ГИС является прежде всего средством моделирования и познания природных и социально-экономических геосистем для обеспечения управления и принятия решений. Для выполнения этой задачи в ГИС реализуется технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной геоинформации. Для реализации ГИС требуется совокупность аппаратно- программных продуктов (ГИС-оболочек), баз данных, систем управле- ния разного целевого назначения. Обязательными признаками ГИС являются: 1) географическая (пространственная и (или) пространственно- временная) привязка данных; 2) возможность создания новой информации на основе синтеза име- ющихся данных; 3) автоматическое обновление баз данных за счет вновь поступаю- щей информации; 4) обеспечение принятия решений. Области использования ГИС очень разнообразны: - поиск и рациональное использование природных ресурсов; - территориальное и отраслевое планирование и управление про- мышленностью и энергетикой, сельским хозяйством, транспортом, фи- нансами; - обеспечение комплексного и отраслевого кадастра; - мониторинг экологических ситуаций и опасных природных явле- ний, оценка техногенных воздействий на среду и их последствий, обес- печение экологической безопасности страны и ее регионов, экологиче- ская экспертиза; - контроль условий жизни населения, здравоохранение и рекреация, социальное обслуживание, обеспеченность работой; - обеспечение деятельности органов законодательной и исполни- тельной государственной власти, политических партий, средств массо- вой информации; - обеспечение деятельности правоохранительных органов и военных ведомств, решение оборонных задач; - образование и культура; - научные исследования и прогнозирование; - морская и авиационная навигация, оптимизация транспортных пе- ревозок и связи;
- картографирование (комплексное и отраслевое), создание темати- ческих карт, национальные и региональных атласов, дешифрирование и интерпретация материалов дистанционного зондирования, обновление карт, оперативное картографирование. Несмотря на многообразие решаемых задач в различных сферах че- ловеческой деятельности, работа ГИС построена на решении основных вопросов [1]: • Где находится А? • Как расположено А по отношению к В? • Сколько А расположено в пределах расстояния D от В? • Каково значение функции Z в точке X? • Как велико по размерам В? • Каков результат пересечения А и В? • Каков оптимальный маршрут от Х до У? • Что находится в Хь Х;,..., Хц? • Какие объекты следуют за теми, у которых наблюдается опреде- ленное сочетание определенных свойств? • Как изменится пространственное распределение объектов, если изменить существующую классификацию? • Что может случиться с А, если изменится В и его расположение относительно А? [1]. Функции ГИС складываются из четырех типов решаемых ею задач: 1) сбор, 2) обработка, 3) моделирование и анализ, 4) принятие решений. Структурной особенностью является наличие у ГИС четырех подсистем: • ввода – для оцифровки, редактирования и форматирования карт, изображений, таблиц; • хранения – для поиска, изменения и редактирования данных; • анализа – для получения из данных полезной информации путем их обработки, а также принятия решений по оптимизации хранения и доступа; • вывода – для просмотра всей или части базы данных и отобра- жения информации в табличной или картографической форме.
Выделяют четыре основных типа источников данных для ГИС (рис. 1). Рис. 1. Источники данных для ГИС Обычно преобладающая масса источников данных – это аналоговые данные (карты, таблицы, фотоматериалы), требующие их перевода в цифровую форму, пригодную для обработки средствами автоматизации. Это вызывает необходимость иметь в структуре ГИС особый блок ввода данных, позволяющий выполнять операции цифрования и кодирования источников различного типа. Зачастую это наиболее трудоемкая, доро- гая и менее всего автоматизированная часть технологической цепи ГИС. Существуют схемы цифрования карт с помощью цифрователей (диги- тайзеров) с ручным обводом, устройств отслеживания линий в автома- тическом режиме и сканирующих устройств. В настоящее время планомерное цифрование карт, перевод всего процесса создания карт на цифровые методы и формирование картогра- фических (топографических) банков данных осуществляется многими государственными топографо-картографическими службами. Существенная часть материалов аэрокосмических съемок и других данных, получаемых по программам дистанционного зондирования Зем- ли из космоса, принимается сейчас непосредственно в цифровом виде, что значительно облегчает их использование в качестве источников дан- ных для геоинформационных систем. 1.2. Организация хранения данных в ГИС Пространственные данные организуются в ГИС в виде отдельных слоев вне зависимости от того, в каком формате они представлены (рис. 2).
Рис. 2. Хранение данных в виде отдельных слоев в ГИС Это позволяет выполнять операции по анализу совокупности данных для определенной области или получать новую информацию по сово- купности выбранных слоев с получением новой информации и форми- рованием нового слоя (рис. 3). Рис. 3. Примеры формирования информации из различных слоев ГИС Вывод карты на экран дисплея может быть выполнен при любом со- четании слоев, а также при последовательном выводе слоёв, описываю- щих одни и те же объекты в разные моменты времени. Это удобно для показа динамики явления, когда одна карта, сменяя другую, помогает уяснить ход процесса. При этом может быть реализована и анимация отдельных точек или знаков. Изображение с экрана может быть скопи- ровано на бумагу, то есть могут быть получены так называемые «твер- дые копии». Интересные результаты получаются при использовании объемно- перспективных изображений, прежде всего трехмерных.
России наиболее известны следующие ГИС: ArcView, Arclnfo фир- мы ESRI, Maplnfo корпорации Maplnfo, ГИС «Карта» КБ «Панорама», Atlas GIS из Strategic Mapping Inc., GeoGraph ЦГИИГ РАН, Sinteks/Tri фирмы Трисофт, WinGIS от Progis. 1.3. Представление данных в ГИС Вся совокупность данных, представленных в ГИС, основана на век- торных моделях и растрах. Векторная модель данных Данная модель основана на векторах (направленных отрезках пря- мых). Базовым примитивом является точка. Объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями или дугами. Площади определяют- ся набором линий. Точка является безразмерным типом объектов и определяет геомет- рическое положение. Точка имеет координаты в двухмерном или трех- мерном пространстве. Линия является одномерным типом объектов. Линия состоит из прямых отрезков, соединяющих точки, и имеет координаты всех после- довательных точек. Линия имеет длину, состоящую из суммы длин от- резков. Но линия не имеет толщины. Площадные объекты является двумерными. Площадные объекты образуются внутри замкнутых линейных объектов. Можно выделить следующие подтипы линейных объектов: область – ограниченный непрерывный объект, который может включать или не включать в себя собственную границу; внутреннюю область – область, которая не включает собственную границу; полигон – область, состоящую из внутренней области, одного внеш- него кольца и непересекающихся, невложенных внутренних колец. Таким образом векторная модель данных представляет собой объ- ектно-ориентированную систему. Исходя из этого, можно выделить сле- дующие достоинства векторной модели: 1) компактную структуру, т.е. большие объемы данных требуют небольших объемов памяти компьютера; 2) топологию, т.е. возможность поиска, преобразования, переме- щения и других операций с отдельными объектами;
Доступ онлайн
В корзину