Геоинформационные технологии Институт радиоэлектроники и

В настоящее время на рынке представлено несколько видов систем,

работающих с пространственно распределённой информацией:

САD (Computer-Aided Design) - системы автоматизированного проектирования (САПР);

АМ (Automated Mapping) - системы автоматизированного картографирования (АК);

FM (Facilities Management ) - системы управления сетями (СУС);

GIS - географические информационные системы (ГИС).

это системы для автоматизированного проектирования с использованием средств машинной графики.

К системам автоматизированного проектирования относятся: DataCAD, AutoCAD, MaxiCAD, «КОМПАС», MegaModel и др.

Причины непригодности CAD-систем для решения задач, стоящих перед ГИС:
- использование в CAD–системах условной декартовой системы координат для описания элементов чертежа и манипуляция только с геометрическими объектами (кругами, эллипсами, цилиндрами, кубами и т.п.), а не с реальными объектами;
- отсутствие в CAD-системах семантической или тематической части в описании объектов, следовательно, решение задач анализа практически невозможно.

специально предназначенные для профессионального производства качественных стандартных карт типа морских

навигационных, политических или топографических, где все элементы содержания известны заранее и хранятся в специальных библиотеках

Достоинства АМ-систем:
-в АМ-системах всё регламентируется, вплоть до заливок, штриховок, видов и размеров шрифтов;
изображение наносится в строгом соответствии с принятыми условными знаками;
позволяют быстро создавать стандартные карты при очень хорошем качестве получаемого продукта.

Причины непригодности AМ-систем для решения задач, стоящих перед ГИС:
- АМ-системы практически лишены средств анализа и возможности моделирования.

телефонные сети и.т.д.) – это системы управления пространственно распределёнными объектами,

с каждым из которых связана существующая содержательная информация.

Системы мелкомасштабного пространственного анализа

Эти системы связаны, прежде всего, с задачами природопользования, а также территориального планирования и управления.

рабочие станции или мощные персональные компьютеры и сетевую эксплуатацию системы.

Представителями этого класса являются геоинформационные системы фирм: INTERGRAPH, ESRI (Институт исследования систем окружающий среды), GDS.

2. Настольные ГИС - предназначены для решения научных задач и задач управления.
Представители: MapInfo, AtlasGis, WINGIS, GEOGRAPH/GEОDRAW, ARCINFO, АRCVIEW, Панорама и другие.

3. Информационно-справочные системы.

ГИС, предназначенные для решения широкого круга задач, имеющие от 70%

до 90% встроенных функций и на 10-30% могут быть достроены самими пользователями, имеют встроенные языки программирования и позволяют на своей основе создавать специализированные ГИС (MapInfo, AtlasGis, WINGIS, GEOGRAPH/GEОDRAW, ARCINFO, АRCVIEW, Панорама и другие).

Виды архитектуры ГИС

Специализированные (проблемные) ГИС – это закрытые ГИС, направлены на решение одной проблемы.
Представители: Система автоматизированного проектирования «Балтика». Комплекс «RADIUS». Программные комплексы «Алтай», «Банк-4», «Запрос». Программный комплекс «Частотно-территориальное планирование радиосетей». Программный комплекс «ПИАР». Программный комплекс «ONEPLAN RPLS». Программный комплекс «Ресурс-М». Программный комплекс «Расчет и оптимизация трасс РРЛ»

примитивов и примитивов и атрибутов.

К геометрическим

примитивам, прежде всего, относятся (риc.1):
- точки (узлы, вершины);
- линии (незамкнутые линии, контура(замкнутые линии);
площади.

Сложный или составной объект - это совокупность простых объектов.

Организация информации в ГИС

Рис.1. Геометрические примитивы

объекта (идентификатором) и двумя координатами. Выбор объектов, представляемых в виде

точек, зависит от масштаба карты и решаемых задач.

Рис.2. Точечный объект

точек ломанной и признаком окончания записи (число точек в линии,

специальный набор символов и т.д.). Линейные объекты применяются для описания сетей (дороги, реки и т.д.)

Рис.3. Линейный объект

замкнутой ломаной линии, являющейся границей этого объекта (социально-экономические зоны, зоны

покрытия базовых станций, данные об угодьях, микрорайоны и т.д.) и характеризуются идентификатором, координатами точек ломанной, совпадением начальной и конечной точек.

Рис.4. Площадный объект

или качественная характеристика объекта, принимающая числовое или символьное значение
Задание значений

атрибутов

состоящий из объектов, обладающих некоторыми общими признаками.
Примеры

слоев: гидрография, слой населенных пунктов, слой жилых зданий, слой «зона радиовидимости» и т.п.

Рис.5. Отображение слоя «зона радиовидимости» на фоне рельефа местности Татарстана

океане с невозмущенной поверхностью воды, мысленно продолженной под материками таким

образом, чтобы направления отвесных линий пересекали эту поверхность во всех точках под прямым углом.
Данная поверхность является непрерывной, замкнутой, всюду выпуклой. Поскольку фигура геоида зависит от неизвестного распределения масс внутри Земли, то она, строго говоря, неопределима.

Системы координат и проекции, используемы в ГИС

Рис. 6. Форма Земли

System 1984). Он служит основой для измерения местоположений во всем

мире.

1. Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли.
2. Центр эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли.
3. Сумма квадратов отступлений геоида от общеземного эллипсоида должна быть по всей Земле наименьшей из всех возможных .

Системы координат и проекции, используемы в ГИС

Рис. 7. Двухосный эллипсоид

Основные параметры:
- a - большая полуось;
- b - малая полуось;
- (a-b)/a - полярное сжатие.

используется референц - эллипсоид, получивший название эллипсоида Кросовского (большая полуось

6378245 м , малая полуось 6356863 м ).

Системы координат и проекции, используемы в ГИС

Рис. 8. Связь между геоцентрической (глобальной) и локальной системами координат

— ΔX, ΔY, ΔZ, где ΔX ΔY ΔZ — это

линейные смещения центров двух систем координат по трем осям в метрах.

По пяти параметрам (метод Молоденского) — ΔX, ΔY, ΔZ, Δа, Δf, где ΔX ΔY ΔZ — это линейные смещения центров двух эллипсоидов по трем осям в метрах, Δа — разности между большими полуосями эллипсоидов, Δf — разности между величиной сжатия двух эллипсоидов)

3. По семи параметрам — ΔX, ΔY, ΔZ, ΩX, ΩY, ΩZ, Δs, где ΔX ΔY ΔZ — это линейные смещения центров двух эллипсоидов по трем осям в метрах, ΩX ΩY ΩZ — это углы поворота омега, фи и каппа осей исходного эллипсоида, Δs — это масштабный коэффициент, показывающий изменение линейного масштаба.

Системы координат и проекции, используемы в ГИС

Картографическую сетку
Параллели - это линии, образованные

пересечением поверхности эллипсоида плоскостями, проходящими перпендикулярно полярной оси (оси, соединяющей два полюса).

Меридианы – это линии образованные пересечением поверхности эллипсоида плоскостями, проходящими через полярную ось.

Рис.10.Измерение широты и долготы

Широта – это угол между отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0 до 90° в обе стороны от экватора. Широты от 0 до 90° к северу от экватора называют северными, к югу – южными.

Долгота – это угол между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального меридиана. Долготы от 0 до 180° к востоку от начала меридиана называют восточными, к западу – западными.

способы изображения на плоскости поверхности земного эллипсоида или сферы.

Картографические проекции классифицируются по:
1. Положению полюса сферических координат:
- нормальные;
- поперечные;
- косые;
-2. Характеру искажений:
- равноугольные;
- равновеликие;
- произвольные;
-3. Виду сетки меридианов и параллелей:
- азимутальные;
- цилиндрические;
- псевдоцилиндрические;
- конические;
- псевдоконические;
- поликонические;
- условные.

картографические проекции:
Равновеликие - на карте отсутствуют искажения площадей, значительны

искажения углов и форм. Карты, составленные в таких проекциях, удобны для определения площадей

Равноугольные - отсутствуют искажения углов и формы небольших объектов. Удобны для решения навигационных задач. Угол на местности всегда равен углу на карте, линия прямая на местности, прямая на карте. Главным примером данной проекции является поперечно-цилиндрическая Проекция Меркатора (1569г) и до сих пор она используется для морских навигационных карт

Произвольные - имеются искажения и углов, и площадей, но эти искажения распределяются по карте наиболее выигрышным образом. Например, минимальные искажения приходятся на центральную часть карты, а все сжатия и растяжения "сбрасываются" к её краям.

или шара переносится на касательную к ней или секущую её

плоскость.

Цилиндрические, в которых поверхность эллипсоида или шара переносится на боковую поверхность касательного к ней или секущего её цилиндра, после чего последний разрезается по образующей и развертывается в плоскость.

Конические, в которых поверхность эллипсоида или шара переносится на боковую поверхность касательного к ней или секущего её конуса, после чего последний разрезается по образующей и развертывается в плоскость.

относительно полярной оси или экватора эллипсоида различают проекции:
• Нормальные,

в которых ось вспомогательной поверхности совпадает с осью земного эллипсоида (в азимутальных проекциях плоскость перпендикулярна полярной оси);
• Поперечные, в которых ось вспомогательной поверхности лежит в плоскости экватора земного эллипсоида и перпендикулярна полярной оси (в азимутальных проекциях плоскость перпендикулярна нормали, лежащей в экваториальной плоскости поверхности);

• Косые, в которых ось вспомогательной поверхности совпадает с нормалью, находящейся между полярной осью и плоскостью экватора земного эллипсоида (в азимутальных проекциях плоскость к этой нормали перпендикулярна)

в которых параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы — прямыми,

исходящими из общего центра параллелей под углами, равными разницы их долгот

Конические, в которых параллели изображаются дугами концентрических окружностей, а меридианы — прямыми, расходящимися из общего центра параллелей под углами, пропорциональными разности их долгот.

Цилиндрические, в которых меридианы изображаются равноотстоящими параллельными прямыми, а параллели - перпендикулярными к ним прямыми, в общем случае не равностоящими.

в которых параллели изображаются концентрическими окружностями, меридианы - кривыми, сходящимися

в точке полюса; средний меридиан — прямой.

Псевдоконические, в которых параллели изображаются дугами концентрических окружностей, средний меридиан — прямой, проходящий через их общий центр, а остальные меридианы - кривыми.

Псевдоцилиндрические, в которых параллели изображаются параллельными прямыми, средний меридиан — прямая, перпендикулярная к параллелям, а остальные меридианы — кривые или прямые, наклоненные к параллелям.

Поликонические, в которых параллели изображаются дугами эксцентрических окружностей с радиусами тем большим, чем меньше их широта, средний меридиан — прямой, на которой расположены центры всех параллелей, остальные меридианы — кривые.

следующим образом:
• географические особенности картографируемой территории, её положение на земном

шаре, размеры и конфигурация;

• назначение, масштаб и тематика карты;

• условия и способы использования карты, задачи, которые будут решаться по ней, требования к точности результатов измерений.

Для карт мира преимущественно используют цилиндрические и псевдоцилиндрические проекции.

Карта мира в цилиндрической проекции

Карта мира в псевдоцилиндрической проекции

карт отдельных материков (Европы, Азии, Северной Америки, Южной Америки, Австралии

с Океанией) применяют преимущественно равновеликую косую азимутальную проекцию

Карты России составляются главным образом в нормальных конических проекциях

— поперечная цилиндрическая равноугольная проекция на касательный цилиндр. В других

странах её аналогом является проекция UTM (Universal Transverse Mercator) на секущий цилиндр.

отображение эллипсоида вращения на плоскости осуществляется по меридианным зонам, шириной

6гр. (для карт масштабов 1:10000 – 1:1000000) и 3гр. (для карт масштабов 1:2000 – 1:5000).

за вертикальную ось координат (ось ОХ ) принят осевой меридиан.

Горизонтальной осью OY во всех зонах является линия экватора. Пересечение осевого меридиана каждой зоны с экватором принято за начало координат

Для территории, расположенной в Северном полушарии все значения координат x будут положительными. Значения координат y могут быть как положительными, так и отрицательными в любом из полушарий. Чтобы не иметь дело с отрицательными цифрами условились считать координату y в начале координат равной 500км.

Для того, чтобы указать зону, в которой расположен объект, условились номер зоны писать при координате первыми цифрами, за которыми следует шестизначное число, показывающее значение координаты , в метрах.

топографических карт на листы.
Номенклатура – это система обозначений

отдельных листов топографических карт.
В основе разграфки и номенклатуры лежит лист карты масштаба 1:1000000, который имеет размеры 4° по широте и 6° по долготе.
Номенклатура каждого листа включает букву ряда и номер колонны. Так лист, на котором показывается г. Казань имеет номенклатуру N-39.

В одной трапеции карты масштаба 1:1000000 содержатся:
- 4 трапеции масштаба 1:500000;
- 36 трапеций масштаба 1:200000;
- 144 трапеции масштаба 1:100000.

положен в основу разграфки и номенклатуры карт более крупного масштаба.

В одном листе карты масштаба 1:100000 содержатся 4 листа масштаба 1:50000, которые обозначаются прописными буквами русского алфавита А, Б, В, Г.

Лист карты масштаба 1:50000 содержит 4 листа карты масштаба 1:25000, которые обозначаются строчными буквами русского алфавита а, б, в, г .

Лист карты масштаба 1:25000 содержит 4 листа карты масштаба 1:10000, которые обозначаются арабскими цифрами 1,2,3,4.

Лист карты масштаба 1:100000 содержит 256 листов карты масштаба 1:5000, которые обозначаются порядковыми арабскими цифрами от 1 до 256, взятыми в скобки.

содержит 9 листов масштаба 1:2000, которые обозначаются русскими строчными буквами

от а до и .