Геоинформационные системы

1.

11 класс
Геоинформационные системы

2.

ПЛАН:
1. История ГИС
2. Структура и классификация ГИС
3. Модель данных ГИС
4. Применение ГИС

3.

Что такое ГИС?
ГИС (географическая
информационная система)
- это набор
компьютерного оборудования, географических данных и программного
обеспечения для сбора, обработки, хранения, моделирования, анализа и
отображения всех видов пространственно-привязанной информации.
ГИС - это современная компьютерная технология для картографирования и
анализа объектов реального мира, а также событий, происходящих на нашей
планете, в нашей жизни и деятельности.
ГИС - это современные геоинформационные мобильные системы, которые
обладают возможностью отображать свое местоположение на карте.

4.

История ГИС
Первая в мире ГИС была создана в начале 1960-х г. в Канаде. Ее первоначальной
задачей были классификация и нанесение на карту земельных ресурсов Канады.
Интересно, что выходными данными первых ГИС были не картографические
материалы, а обобщенные результаты исследований, представленные в виде
таблиц.
Доктор Томлинсон – директор компании географического
консалтинга Tomlinson Associates, основанной им в 1977 г.
Он является консультантом многих известных организаций и
компаний - от Всемирного банка до управлений лесного
хозяйства США и Канады. Имеет две степени бакалавра,
степень магистра (университет Макгилла, Монреаль, Канада)
и ученую степень, полученную в University College London,
Великобритания. Роджер Томлинсон, известный как «отец»
ГИС, проводит семинары по успешному планированию ГИС
во всем мире.

5.

История ГИС
Пионерский период (поздние 1950е — ранние
1970е гг.)
1. Появление электронных вычислительных машин
(ЭВМ) в 50-х годах;
2. Появление цифрователей, плоттеров,
графических дисплеев и других периферийных
устройств в 60-х;
3. Создание программных алгоритмов и процедур
графического отображения информации на
дисплеях и с помощью плоттеров;
4. Создание формальных методов
пространственного анализа;
5. Создание программных средств управления
базами данных

6.

Период государственных инициатив (нач. 1970е —
нач. 1980е гг.)
Государственная поддержка ГИС
стимулировала развитие
экспериментальных работ в области
ГИС, основанных на использовании баз
данных по уличным сетям:
1. Автоматизированные системы
навигации;
2. Системы вывоза городских отходов
и мусора;
3. Движение транспортных средств в
чрезвычайных ситуациях

7.

Период коммерческого развития (ранние 1980е —
настоящее время)
1. Разнообразие программных средств;
2. Развитие настольных ГИС;
3. Расширение области их применения
за счет интеграции с базами данных;
4. Появление сетевых приложений;
5. Появление непрофессиональных
пользователей;
6. Системы, поддерживающие
индивидуальные наборы данных на
отдельных компьютерах

8.

Пользовательский период (поздние 1980е —
настоящее время)
1. Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей;
2. Доступность и «открытость» программных средств;
3. Начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

9.

Процесс создания ГИС

10.

Структура ГИС
Структура ГИС– это составные части ГИС и взаимосвязь между
ними:
•данные (пространственные данные): географические (местоположение
объекта на земной поверхности, фотоснимки из космоса, аэроснимки),
табличные или описательные данные, связанные с географическими;
•аппаратное
обеспечение
(компьютер,
компьютерные
и
телекоммуникационные сети, накопители внешней памяти, сканер, дигитайзеры
и т. д.);
• программное обеспечение для хранения, ввода, анализа и визуализации
географической информации;
• технологии (методы, порядок действий и т. д.);
• специалисты, которые работают с программными продуктами

11.

Задачи ГИС
• Стратегическое планирование, прогнозирование и выявление
потребностей в проектировании
• Анализ деятельности действующих предприятий
• Мониторинг состояния окружающей среды
• Оперативное реагирование на аварийные ситуации
• Информационное обеспечение профилактических и аварийных
ремонтных работ.
11

12.

Зачем изучать ГИС?
• 80% деятельности правительственных организаций имеет отношение к
геоданным
– управление земельными ресурсами, уборка мусора, размещение пожарных и
милиции, размещение объектов жизнеобеспечения
• Активное использование в бизнесе
– анализ потребителей, управление маршрутами
– эксплуатация естественных ресурсов (нефть, газ, …)
– управление объектами сельского хозяйства, строительство
• В армии
– управление военными операциями
– интерпретация данных со спутников
• В научных исследованиях
– география, геология, ботаника, социология, экономика, эпидемиология,
криминология
12

13.

Что особенного дают ГИС?
• Автоматизация деятельности, связанной с геоданными
• Интеграция данных из независимых источников
• Взаимодействие сложных геоинформационных паттернов
• Сложные геоинформационные запросы
• Комплексное геоинформационное моделирование
(моделирование природных катаклизмов, управление
ресурсами)
13

14.

ПО ПРОСТРАНСТВЕННОМУ
ПО СПОСОБУ
(ТЕРРИТОРИАЛЬНОМУ)
ПО ПРОБЛЕМНО-ТЕМАТИЧЕСКОЙ
ОРГАНИЗАЦИИ
ПРИЗНАКУ
ОРИЕНТАЦИИ
ГЕОГРАФИЧЕСКИХ
ДАННЫХ
глобальные (планетарные)
общегеографические
векторные
общенациональные
экологические и
природопользовательские
растровые
локальные (в том числе
муниципальные)
отраслевые (водных ресурсов,
лесопользования, туризма,
транспорта ...)
векторно-растровые

15.

Модели данных ГИС
• Назначение модели данных. Представить географические
особенности реального мира в цифровом формате в виде базы
данных таким образом, чтобы они были представлены в
абстрактной форме в виде карты и позволяли манипулировать
данными для решения некоторых проблем
15

16.

Реализация модели данных
Администрирование
Утилиты
Зонирование
Строения
Земельные участки
Гидрография
Улицы
Цифровые фотографии
•Данные организованы в виде слоёв. Каждый слой содержит некоторый класс
объектов
•Слои интегрируются при помощи единой системы координат на земной
16
поверхности

17.

Модель данных ГИС (пример)
• Три слоя:
дороги
долгота
– дороги
– водные ресурсы
– топография
Их можно изучать совместно, поскольку они заданы в
единой системе координат
• Слои содержат два типа данных:
гидросистема
долгота
– географические
– атрибутивные
• Два типа слоёв:
– векторный
– растровый
топография
• 4 свойства географических данных:
– проекция, масштаб, разрешение и точность
долгота
17

18.

Географические и атрибутивные
данные?
18

19.

• географическая
информация
–
описывает
месторасположение
объектов
и
служит
для
отображения информации.
• атрибутивная информация – данные, описывающие
качественные и количественные параметры объектов.
19

20.

Представление данных в
растровом и векторном форматах
• Растровая модель
– Растровое изображение (raster) – изображение содержит сетку, у
каждого элемента которой есть дополнительные атрибуты
– Картинка (image) – простое изображение, состоящее из пикселей
• Векторная модель (vector)
– Любой географический объект в реальном мире может быть
представлен в векторной форме одной из фигур: точки, линии,
многоугольники
20

21.

Операции в ГИС
• Ввод данных
В геоинформационных системах автоматизирован процесс создания цифровых карт, что
кардинально сокращает сроки технологического цикла.
• Управление данными
Геоинформационные системы хранят пространственные и атрибутивные данные для их
дальнейшего анализа и обработки.
• Запрос и анализ данных
Геоинформационные системы выполняют запросы о свойствах объектов, расположенных на
карте, и автоматизируют процесс сложного анализа, сопоставляя множество параметров для
получения сведений или прогнозирования явлений.
• Визуализация данных
Удобное представление данных непосредственно влияет на качество и скорость их анализа.
Пространственные данных на интерактивных картах. Отчеты о состоянии объектов могут быть
построены в виде графиков, диаграмм, трехмерных изображений.

22.

Применение ГИС
Административно-территориальное управление
• городское планирование и проектирование объектов;
• ведение кадастров инженерных коммуникаций, земельного, градостроительного, зеленых насаждений;
• прогноз чрезвычайных ситуаций техногенно-экологического характера;
• управление транспортными потоками и маршрутами городского транспорта;
• построение сетей экологического мониторинга;
• инженерно-геологическое районирование города.
Телекоммуникации
• транковая и сотовая связь, традиционные сети;
• стратегическое планирование телекоммуникационных сетей;
• выбор оптимального расположения антенн, ретрансляторов и др.;
• определение маршрутов прокладки кабеля;
• мониторинг состояния сетей;
• оперативное диспетчерское управление.

23.

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.

24.

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.

25.

Применение ГИС
Лесное хозяйство
• стратегическое управление лесным
хозяйством;
• управление лесозаготовками,
планирование подходов к лесу и
проектирование дорог;
• ведение лесных кадастров.
Сельское хозяйство
• планирование обработки
сельскохозяйственных угодий;
• учет землевладельцев и пахотных
земель;
• оптимизация транспортировки
сельскохозяйственных продуктов и
минеральных удобрений.

26.

GPS
GPS(англ.
Global
Positioning
System
—
система
глобального
позиционирования)
— спутниковая система навигации, обеспечивающая
измерение расстояния, времени и определяющая местоположение. Позволяет
почти при любой погоде определять местоположение в любом месте Земли
(исключая приполярные области), а также в околоземном космическом
пространстве. Система разработана, реализована и эксплуатируется
Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для
использования для гражданских целей — нужен только навигатор или другой
аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.

27.

• Основной принцип использования системы — определение
местоположения путём измерения моментов времени приёма
синхронизированного сигнала от навигационных спутников
антенной потребителя.
• Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 1950-е
годы. В тот момент, когда в СССР был запущен первый
искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с
Ричардом Кершнером наблюдали сигнал, исходящий от
советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту
Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при
приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть
открытия заключалась в том, что если точно знать свои
координаты на Земле, то становится возможным измерить
положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная
положение спутника, можно определить собственную скорость
и координаты.

28.

• Cистема GPS включает в себя комплекс устройств,
работающих на орбите и на поверхности Земли: 29 спутников 4
наземные станции слежения 3 станции связи 1 центр
управления наземным комплексом
• Спутники расположены вокруг Земли таким образом, что в
любой момент движения из любой точки Земли возможна
прямая связь с 5-12 спутниками. Главная составляющая
данных – это точное время отправки и получения сигнала со
спутника. Точность данных, получаемых навигаторами со
спутников такова, что управлять самолетом в условиях нулевой
видимости становится вполне реально.

29.

Спутниковая система навигации

30.

Использование GPS/ГЛОНАСС
GPS/ГЛОНАСС имеет ряд применение на земле, в море и в
воздухе. В основном их можно применять везде, где можно
получить сигнал со спутника, за исключением внутри зданий, в
шахтах и пещерах, под землей и под водой.

31.

GPS-приёмник/ ГЛОНАСС
(GPS-навигатор)
GPS-приёмник — радиоприёмное устройство для определения
географических координат текущего местоположения антенны
приёмника, на основе данных о временных задержках прихода
радиосигналов, излучаемых спутниками группы GPS. В России с
развитием системы ГЛОНАСС начался серийный выпуск ГЛОНАССприёмников рядом конструкторских бюро и организаций.

32.

Использование карт в GPS/
ГЛОНАСС-приёмниках.
Наличие карты существенно улучшает пользовательские характеристики
приёмника. Приёмники с картами показывают положение не только самого
приёмника, но и объектов вокруг него.
Все электронные GPS-карты можно поделить на два основных типа —
векторные и растровые.

33.

Устройства ввода/вывода
33

34.

Устройства ввода/вывода
34

35.

MapInfo (PB MapInfo): полнофункциональная ГИС

36.

ERDAS (Intergraph): обработка данных дистанционного
зондирования

37.

CREDO (НПО «Кредо-Диалог»): камеральная обработка
инженерно-геодезических данных

38.

ГИС ИНТЕГРО (ВНИИгеосистем): картопостроение, прогноз
полезных ископаемых, моделирование геологического строения земной коры.

39.

Проект Isoline (Яковлев В.М. ): создание карт для нефтяной
геологии и геофизики
[email protected]
Широкий набор возможностей для работы с главным
для геологов и геофизиков типом данных - картами в
изолиниях.
Подсчет запасов УВ
Поддержка геологических объектов (наклонных
скважин, сейсмических профилей и разрезов,
структурных карт с разломами, 3D моделей и
других).

40.

ArcView (ESRI, США) – полнофункциональная ГИС

41.

Вопросы и задания
1. Назовите возможные области практического применения ГИС.
2. В чем заключается многослойный принцип структуры ГИС?
3. Какая информация включается в ГИС?
4. Что такое векторизация? В чем смысл использования этой
процедуры в ГИС?
5. Какие основные режимы работы возможны с ГИС типа «Карта
города»?
6. Попробуйте описать основные точки навигации для поиска своего
города на электронной карте России.

42.

Система основных понятий
ГИС – геоинформационная система
Информационные системы, базирующиеся на картах
территорий
Области приложения ГИС
Управление и
развитие
территорий
Территориальные
службы
жизнеобеспечения
Справки для населения:
метеосправка, адресная
справка, поиск объектов и
пр.
Многое
другое
Устройство ГИС
Система баз
данных
Система обслуживания
запросов
Блок картографической
информации
Дружеский пользовательский интерфейс

43.

Важное о главном:
1. Технология ГИС является одним из наиболее популярных,
полезных и универсальных инструментов в учебном и научноисследовательском процессах.
2. ГИС помогает сформировать у людей новый взгляд на мир и
лучше понимать взаимосвязи между его составляющими.
3. Специалисты в области ГИС востребованы обществом и имеют
прекрасные перспективы получения интересной, достаточно
престижной и хорошо оплачиваемой работы.

44.

Спасибо за внимание!