Методика создания тематических карт с помощью ГИС

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика.

Карта - это очень эффективный  и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались  на столетия.

ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Связанные технологии. ГИС тесно связана рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).

Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций.

Системы САПР способны чертежи проектов и планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами.

Они основываются на небольшом  числе правил объединения компонентов  и имеют весьма ограниченные аналитические функции.

 

Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического  представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять  и анализировать большие базы пространственных данных.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зондирования - это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде изображений и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных изображений. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Рис.3. Съемка местности  с самолета (sapr.ru)

 

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные.

СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2.  Методика создания тематических карт.

2.1. Возможности для создания тематической карты на примере программы  «ГИС карта 2008»

 

«Карта 2008» —  универсальная геоинформационная система, имеющая средства создания и редактирования электронных карт, данных дистанционного зондирования (ДДЗ), выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения 3D-моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в электронном и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных [5].

Можно сказать, что по своим возможностям данная система превосходит ряд иностранных аналогов, а, зачастую, объединяет функции нескольких программ (например, MapInfo и Autocad).

Основные направления  работы в программе:

1. Разнообразные  средства редактирования векторных и растровых карт местности и нанесения прикладной графической информации на карту. Поддержка нескольких десятков различных проекций карт и систем координат.

2. Построение  трехмерных моделей местности, перемещение по ней в реальном времени и масштабе.

3. Построение  мозаики из любого числа векторных, растровых и матричных карт. Поддержка многослойных матричных (геологических) карт, матриц рельефа и матриц качественных характеристик местности со своими легендами.

4. Построение  ортофотопланов по материалам космической съемки в центральной проекции, панорамным и щелевым снимкам, аэрофотосъемке.

5. Выполнение  логических и математических операций над списками объектов. Построение пересечений или объединений контуров объектов одного списка с другим. Построение общей зоны вокруг объектов, входящих в список.

 Отбор на  карте объектов одного списка, имеющих определенную пространственную связь с объектами другого списка (вхождение, пересечение, примыкание, удаление в пределах заданного расстояния и т.п.)

6. Интерактивное  проектирование информационных систем на основе встроенного конструктора.[2]

Средства анализа  данных и построения графиков, диаграмм, тематического картографирования.

7. Поддержка  атласа карт. Быстрый переход между перекрывающимися картами разных масштабов систем координат и проекций. Конвертирование данных других форматов.

8. Тематическое  картографирование. Формирование графических изображений, наглядно иллюстрирующих соотношение значений выбранной характеристики для отдельных объектов карты.

9. Обработка  геодезических измерений и формирование землеустроительной документации и ряд других задач [5]. В связи с таким широким спектром задач программа может быть использована для решения научных, прикладных и тематических задач.

Можно выделить следующие основные задачи:

1) для земельного  кадастра и межевого дела: оперативного сбора, накопления и анализа кадастровых данных о земле и объектах недвижимости;

2) для решения  геодезических задач (программа позволяет напрямую переносить данные с электронных теодолитов) с последующим построением теодолитного полигона;

3) для создания  и обновления тематических и общегеографических карт по данным аэро- и космической съемки;

4) для прокладки  дорог и трубопроводов;

5) в сельском  хозяйстве для автоматизации управления сельскохозяйственным предприятием;

6) для решения  геологических задач: обработки результатов инженерно-геологических изысканий и т.д.;[2]

7) для тематического картографирования и расчетов по картам;

8) в МЧС для  целей мониторинга неблагоприятных природных явлений;

9) в экологии: отслеживание разлива нефтепродуктов  и т.д.

Ниже будет  рассмотрено несколько направлений использования ГИС «Карта 2008», которые могут быть применены в тематической картографии. Речь в основном пойдет о работе с планами и крупномасштабными картами.

Первое направление, которое будет рассмотрено — привязка растрового изображения. Очень часто возникает необходимость в переводе карты из бумажного вида в электронный. Но в результате сканирования карта имеет растровый вид, без какой-либо привязки.

Иными словами, на нее сложно будет нанести объект точно по географическим или прямоугольным координатам. Для того, чтобы привязать растровое изображение, достаточно открыть его в программе и путем совмещения точек привязать изображение.

В этом случае при  наведении курсора на любую точку на карте в нижней левой части экрана будут показаны координаты этой точки (рис. 4).

Причем, программа позволяет производить привязку тремя различными способами: по одной точке, по двум точкам и полностью. Также возможно создание единой карты из нескольких также путем привязки фрагментов.  При этом каждый привязанный фрагмент встанет на свое место. 

В показанном ниже примере фрагмент топографической карты масштаба 1:25 000 привязан по прямоугольным координатам.

Второе направление — построение трехмерной модели местности. Создание трехмерной модели не требует длительной подготовки; достаточно иметь двухмерную карту и матрицу высот [5] (т.е. заранее имеющиеся на карте высотные отметки).

 Как правило, матрица высот имеется на многих картах. По этим данным можно построить трехмерную модель рельефа выбранного участка местности [5], по которой можно «полетать», посмотреть, как выглядят те или иные объекты в трехмерном виде. Также по ней можно делать различные расчеты (рис. 5). В приведенном ниже примере по высотным отметкам имеющегося кадастрового плана построена трехмерная модель участка.[2]

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

Б

Третье направление  — построение профиля по заданной линии. Для этого на боковой панели программы необходимо нажать соответствующую кнопку и затем курсором на карте определить профильную линию. На экране появится профиль по заданной линии с легендой. При этом если курсор навести на любую точку профильной линии, то автоматический эта точка отразится и на самом профиле (рис. 6). В показанном ниже примере профильная линия проведена по достаточно сильно расчлененной местности: от более низкого участка к более высокому, при этом линия пересекаюет реку. На профиле отразилась достаточно неоднородная территория по рельефу.

Четвертое направление  — изображение рельефа. Как правило рельеф на крупномасштабных картах изображается способом горизонталей. Однако это не всегда наглядно. Поэтому для большей наглядности программа позволяет изображать рельеф способом отмывки. Способ отмывки содержит в своей основе принцип сгущения теней по мере увеличения крутизны склонов. Оттенения склонов показывают коричневой или серой краской. Способ отмывки создает эффект выпуклости земной поверхности [2: с. 37] Для этого необходимо в задачах указать соответствующую функцию. Программа сама все рассчитает и выдаст готовый вариант (рис. 7).

Пятое направление  — создание тематических карт по статистическим данным. Программа позволяет создавать тематические карты двух типов: картограммы и картодиаграммы. Основное их различие заключается в том, что картограмма показывает распределение одной характеристики между указанными объектами карты, а по картодиаграммам можно оценить соотношение нескольких характеристик для каждого из объектов.

 

 Картограммы могут быть цветными (заливка полигонов различными цветами), штриховыми (нанесение на полигоны различного вида штриховок) и точечными (заполнение полигонов массивами точек различного размера и степени сгущения) [5] (рис. 8).

 

 

А

 

 

Б

 

 

 

 

Шестое направление  — для целей мониторинга и прогнозирования неблагоприятных природных явлений. В качестве примера можно привести создание карты зоны затопления. Для этого необходимо включить в программе соответствующую функцию на боковой панели и задать следующие параметры: курсором показать интересующую реку, в дополнительной таблице указать уровень подъема воды. В результате на экране возникает предполагаемая зона затопления с заданными параметрами (рис. 11). Для расчета зоны затопления был выбран участок р. Пахры в районе г. Домодедово и его окрестностях при условии поднятия воды в реке на 1 м.

Несколько перечисленных выше примеров показывают, что ГИС оказывают неоценимую помощь и значительно облегчают работу как в тематической картографии, так и других областях. Программа также позволяет решать прикладные задачи как по физической, так и по экономической географии, а также и геоэкологические задачи.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.11. Расчет зоны затопления участка реки Пахры (Воронова, 2010)

 

 

2.2. Алгоритм  создания тематической карты

Для создания карты  требуется ввести имя карты, имя  района, название электронного классификатора (например сельскохозяйственный классификатор используется для создания картосхем сельскохозяйственных угодий, ведения паспортов полей, оперативного агрохимического мониторинга полей, тематического картографирования по различным категориям и показателям) установить тип карты, эллипсоид, систему высот и масштаб, указать вид хранения координат. При хранении координат в метрах требуется установить точность координат.

При необходимости  нужно заполнить поля в закладках Постоянные проекции, Датум и Метаданные.

Для создания карты с рамкой необходимо включить элемент диалога «Территорию карты ограничивать рамкой», при этом появится закладка Рамка карты.

Обязательному заполнению при наличии рамки  подлежат поля координат (прямоугольных  или геодезических). Для топографических  карт со стандартной номенклатурой эти данные заполняются после ввода номенклатуры.