Программное обеспечение геоинформационных систем

Министерство науки и  образования Украины

Севастопольский национальный университет ядерной энергии  
и промышленности

Факультет информационных технологий

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине  
«Программное обеспечение геоинформационных систем»

Выполнил: студент КЭ-64 класса

Додаток М.О.

Проверила: Дымченко И.В.

Севастополь 2012г.

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений 3

ВВЕДЕНИЕ 4

РАЗДЕЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГИС. 5

1.1. Описание предметной области. 5

1.2. Актуальность создания ГИС для исследование шумового загрязнения. 7

1.3. Построение тематической карты шумового загрязнения в районе пгт. Кача и построение легенды к карте. 9

Раздел 2. 12

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ 12

2.1. Анализ среды разработки программного продукта. 12

2.2. Создание интерфейса. 13

2.3. Разработка программного продукта. 15

ВЫВОДЫ 18

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ 19

Список сокращений

ГИС – географическая информационная система.

БД – база данных.

СУБД  – системы управлении базами данных.

SQL –  Structured Query Language.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Задачи системы защиты окружающей среды не должны ограничиваться, как это делалось до сих пор, исключительно сбором и обработкой данных естественно-научного и технического характера. Важно также проследить, каким образом эта информация может влиять на конкретное поведение и процессы перемен.

Растущая  озабоченность относительно качества среды обитания заострила внимание к возможным экологическим последствиям. Мы должны выявлять эти последствия, снижать, а по возможности полностью устранять их негативный эффект. Для этого необходимо, с одной стороны, создать соответствующую базу для принятия решений, а с другой - обеспечить восприятие знаний персоналом, благоприятствующее использованию такой базы.

В настоящее  время мы вынуждены постоянно противостоять растущему потоку данных и одновременно испытывать дефицит информации. Все большую остроту приобретает вопрос о том, могут ли экологические информационные системы решить эти проблемы.

Экологическую информационную систему можно определить как часть общефирменной информационной системы, которая получает или извлекает  сырые экологические данные из уже  действующих внутрифирменных информационных и измерительных систем, обрабатывает их с ориентацией на потребителя и распределяет в соответствии с потребностями.

Цель и задачи. Основной задачей данной расчетно-графической работы является создание логической схемы базы данных, а также создание на основе логической схемы физической базы данных для оценки шумового загрязнения.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех заданий и вывода.

РАЗДЕЛ 1. 
ХАРАКТЕРИСТИКА ГИС.

1.1. Описание предметной  области.  

Шумовое загрязнение - превышение естественного уровня шумового фона или ненормальное изменение звуковых характеристик: периодичности, силы звука и т.п. Шумовое загрязнение приводят к повышенной утомляемости человека и животных, понижению производительности труда, физическим и нервным заболеваниям.

Раздражающие  шумы существуют и в природе (абиотические и биотические), однако считать загрязнением их неверно, поскольку живые организмы адаптировались к ним в процессе эволюции.

Главным источником шумового загрязнения являются транспортные средства — автомобили, железнодорожные поезда и самолёты.

В городах уровень шумового загрязнения  в жилых районах может быть сильно увеличен за счёт неправильного  городского планирования (например, расположение аэропорта в черте города).

Помимо транспорта (60÷80 % шумового загрязнения) другими важными источниками шумового загрязнения в городах являются промышленные предприятия, строительные и ремонтные работы, автомобильная сигнализация, собачий лай, шумные люди и т. д.

С наступлением постиндустриальной эпохи  всё больше и больше источников шумового загрязнения (а также электромагнитного) появляется и внутри жилища человека. Источником этого шума является бытовая  и офисная техника.

Более половины населения Западной Европы проживает в районах, где  уровень шума составляет 55÷70 дБ.

Шум в определённых условиях может  оказывать значительное влияние  на здоровье и поведение человека. Шум может вызывать раздражение  и агрессию, артериальную гипертензию (повышение артериального давления), тиннитус (шум в ушах), потерю слуха.

Хроническая подверженность шуму на уровне более 90 дБ может привести к  потере слуха.

При шуме на уровне более 110 дБ у человека возникает звуковое опьянение, по субъективным ощущениям аналогичное алкогольному или наркотическому.

При шуме на уровне 145 дБ у человека происходит разрыв барабанных перепонок.

Женщины менее устойчивы к сильному шуму, чем мужчины. Кроме того, восприимчивость  к шуму зависит также от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий и т. д.

Дискомфорт вызывает не только шумовое  загрязнение, но и полное отсутствие шума. Более того, звуки определённой силы повышают работоспособность и  стимулируют процесс мышления (в  особенности процесс счёта) и, наоборот, при полном отсутствии шумов человек  теряет работоспособность и испытывает стресс. Наиболее оптимальными для  человеческого уха являются естественные шумы: шелест листьев, журчание воды, пение  птиц. Индустриальные шумы любой мощности не способствуют улучшению самочувствия.

Помимо вредного влияния на здоровье человека, шумовое загрязнение быстро вызывает нарушение естественного  баланса в экосистемах. Шумовое  загрязнение может приводить  к нарушению ориентирования в  пространстве, общения, поиска пищи и т. д. В связи с этим некоторые животные начинают издавать более громкие звуки, из-за чего они сами будут становиться в роли вторичных звуковых загрязнителей, ещё сильнее нарушая равновесие в экосистеме.

В настоящее  время разработано много методик, позволяющих уменьшить или устранить  некоторые шумы.

1.2. Актуальность  создания ГИС для исследование шумового загрязнения.

Наиболее  мощным источником шумового загрязнения  в современном городе является транспорт. Создаваемые транспортными средствами акустические поля становятся причиной целого комплекса экологических и социально-экологических проблем.

Уровни  шума (звукового давления) на магистралях  с высокой интенсивностью движения транспорта достигают 90-100дБ(А). От источника шума звуковая волна распространяется на прилегающие территории. Таким образом, возникают зоны акустического дискомфорта. В современных городах в пределах этих зон сосредоточено большое количество зданий жилого и промышленного назначения. Люди, проживающие или работающие в них, испытывают длительное хроническое воздействие интенсивного городского шума. А это оказывает неблагоприятное воздействие на функциональное состояние человека, способствует возникновению и развитию ряда патологических изменений в организме, в сердечнососудистой и нервной системах.

Во многих странах в настоящее время  ведётся расчёт экономического ущерба, связанного с воздействием высокого уровня шума на население. Сюда относятся  затраты, связанные со снижением  работоспособности, средства, идущие на мероприятия по защите от шума, а  также величина снижения стоимости недвижимости в зонах акустического дискомфорта.

В общем  случае методы снижения транспортного  шума можно классифицировать по следующим трем направлениям: уменьшение шума в источнике его возникновения, включая изъятие из эксплуатации транспортных средств и изменение маршрутов их движения; снижение шума на пути его распространения; применение средств звукозащиты при восприятии звука.

Использование того или иного метода или их комбинации зависит в значительной мере от степени и характера потребного уменьшения шума с учетом как экономических, так и эксплуатационных ограничений.

Любая попытка  регулирования шума должна начинаться с установления источников этого  шума.

Шкала шумов  указана в табл. 1.1

Таблица 1.1

Шкала шумов (уровни звука, децибел)

Продолжение таблицы 1.1

Дополнительной  мерой, которая применима ко всем видам транспорта, является улучшение  проектирования и звукоизолирующих характеристик зданий для уменьшения шума внутри них.

1.3. Построение тематической карты шумового загрязнения в районе пгт. Кача и построение легенды к карте.

Для создания тематической карты необходимо осуществить  следующие шаги:

1. Выполнить команду Карта → Создать тематическую карту. Появится диалог с шаблонами для тематических карт.
2. Затем выбрать требуемый тип тематической карты. MapInfo позволяет создавать семь различных видов тематических карт. Каждый тип имеет свое назначение и особенности:

Карта диапазонов. Каждый цвет представляет диапазон численных значений.

• Столбчатая диаграмма. Столбчатые диаграммы помещаются в центре каждого объекта и раскрашиваются.
• Круговая диаграмма. Круговые диаграммы помещаются в центре каждого объекта и раскрашиваются.
• Градуированные символы. Символы различного размера используются для представления величины значений. Символы большого размера соответствуют большим значениям и наоборот.
• Плотность точек. Точки помещаются в пределах областей, и общее число точек внутри каждой из областей отображает значение, которое соответствует данной области.
• Индивидуальные значения. Каждое отдельное значение представлено собственным цветом или значком.
• Поверхность – растровый массив, полученный в результате интерполяции значений точечных данных.

Также потребуется  выбрать тематический шаблон. Тематический шаблон содержит настройки тематической карты, такие как используемые цвета, метод разбиения массива численных данных на диапазоны и настройки легенды. Эти шаблоны могут использоваться в текущем и последующих сеансах работы. Шаблон должен выбираться каждый раз, когда создается тематическая карта.

Для каждого  типа тематических карт существует предопределенный набор шаблонов, кроме того, можно  создать свои собственные шаблоны. В случае карт диапазонов и индивидуальных значений требуется знать тип графических объектов, которые будут раскрашиваться. Эти тематические карты имеют шаблоны для точечных, линейных и полигональных объектов.

Нажать  кнопку «Отдельные значения» и выбрать  стандартный шаблон для полигональных  объектов. Нажать кнопку «Далее».

Появится  второй диалог «Создание Тематической Карты», где нужно выбрать таблицу и поле, по значениям которого будет создаваться тематическая карта. Нажать кнопку «Далее». Появится диалог «Создание тематической карты – Шаг 3 из 3».

В этом диалоге отображен образец разбивки данных слоя индивидуальные значения. Если необходимо изменить стиль заливки объектов слоя, то нужно нажать кнопку «Стили…». Появится диалог «Настройка отдельных значений», где для каждой группы объектов устанавливается необходимый стиль. После окончательной редакции нажать кнопку «ОК».

Для изменения  легенды тематического слоя нужно  нажать кнопку «Легенда». Появится диалог Настройка легенды. В этом диалоге можно изменить заголовок легенды, шрифт и стиль самой легенды.

После всех изменений нажать два раза кнопку «OK». Появится Карта с раскрашенными объектами и Легенда с описанием значений объектов.

Результат работы показан на рис. 1.1

Рис. 1.1 Тематическая карта шума пгт. Кача

Раздел 2.

РАЗРАБОТКА  ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ

2.1. Анализ среды разработки программного продукта.

Основной целью данного программного продукта является разработка в Delphi просмотровщика карты, созданной послойно в формате MapInfo, с помощью компонента MapX, который бы имел панели инструментов с возможностью редактирования, просмотра, задания значений вручную или интерфейсными элементами.  

Разработка  программы проводилась в среде  программирования Delphi, где основными компонентами хранения и отображения информации являлись Edit, Lable, Panel, Button, StatusBar, CheckBox, ListBox.     Среда Delphi позволяет обрабатывать как обычные приложения, так и приложения для работы с базами данных. Delphi предоставляет программисту широкие возможности создания интерфейса пользователя, а также большой набор стандартных компонентов, с помощью которых можно создать приложения достаточно высокого уровня сложности.  

Основные  характеристики и возможности пакета:

• наличие интегрированного отладчика и передачи;
• 32-х разрядный оптимизирующий компелятор;
• создание .DLL и .EXE разработок;
• наличие визуальной библиотеки VCL;
• присутствие компонентов для построения графов и диаграмм по таблице баз данных;
• наличие средств для создания приложений, используемых ресурсы Internet;
• доступ к любым механизмам базы данных;
• визуальное управление метаданными SQL-серверов^[2]. 

Delphi – одна из самых мощных систем, которая позволяет писать как крохотные программы и утилиты для персональных пользователей, так и корпоративные системы, работающие с базами данных на разных платформах.

2.2. Создание интерфейса.

Интерфейс – это графическая оболочка, с  помощью которой мы, общаемся с системой, то есть это то, что, мы видим на экране.

Основные  компоненты, которые применялись  для разработки интерфейса, представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Компоненты для разработки интерфейса

Рассмотрим  более подробно компонент MapX.

МарХ - это картографическая компонента ActiveX, которую можно использовать в языках программирования Visual Basic, Visual C++, Delphi, PowerBuilder. MapX имеет обширный набор функций и позволяет разработчикам использовать в своих программах средства визуализации, анализа и управления пространственными данными.   

MapX - высоко эффективная OCX компонента, которая легко интегрируется приложения. MapX предоставляет новые возможности для анализа картографической информации. Использование карт, диаграмм и графиков более понятно по сравнению с таблицами. Работа с картографическими приложениями позволяет пользователям оперативно принимать решения, учитывая пространственные отношения объектов.                       

МарХ - лучшее средство создания рабочих мест для картографических клиент/серверных приложений. Основные возможности:

Разработчик получает доступ к выполнению различных  операций с картографическими данными, типа - нахождение пересечений и вложенности объектов; построение буферов; объединение объектов .

Создание  тематических карт - мощное средство анализа  и наглядного представления пространственных данных. Тематические карты выявляют связи между объектами и тенденции  в развитии явлений. Возможно создание тематических карт следующими способами: картограммы, картодиаграммы, способы значков и плотности точек, метод качественного фона, построение непрерывной поверхности по неравномерно распределенным значениям.

Редактирование  объектов. На электронной карте можно  интерактивно создавать новые объекты, а также их изменять и удалять.

Визуальный  выбор. Используя стандартные средства, можно выбирать элементы, попадающие в прямоугольник, произвольный полигон  и окружность.

Управление  слоями. Имеются функции позволяющие  оперировать слоями географической информации, назначать способы отображения объектов и формирования подписей, изменять масштаб карты, управлять видимостью слоя, определять порядок показа и масштабный эффект для слоев картографических объектов и подписей.

Анимационный  слой динамически отображает движущиеся объекты, например, в приложениях работающих с информацией от GPS-приемников в режиме реального времени.

Поддержка растровых изображений позволяет  использовать спутниковые и аэрофотоснимки, сканированные карты и другие изображения как не редактируемые слои карты.

Поддержка стандартного языка запросов - SQL.

Помимо  основных возможностей MapX постоянно находится в развитии и от версии к версии происходит модернизация и наращивания возможностей.

2.3. Разработка программного продукта.

После того, как установили MapX, приступим к выполнению проекта. Для этого на форму в Delphi выносим MapX из страницы ActiveX. Теперь можно загрузить созданную нами электронную карту – для этого в MapX служит объект Layers, который представляет собой коллекцию слоев на карте. У объекта Layers есть метод Add, в котором указывается таблицы MapInfo и положение слоя на карте, причем, чем меньше положение слоя, тем слой выше на карте. После загрузки слоёв, получим изображение Хмельницкой области.

Наш программный  продукт будет содержать три инструментальные панели: панель слои, панель инструментов для рисования и панель статуса.

Рассмотрим  панель «Слои».

При работе со слоями основными свойствами и методами являлись Count (считает общее количество слоёв), Name (имя текущего слоя), Visible (видимость/невидимость слоя), Add (добавление слоя), Remove (удаление слоя), Move (передвижение слоя) и LayersDlg (открытия диалога управления слоями).

Метод Count служит для определения общего количества слоёв. Это число будет меняться, если будем добавлять или удалять слои.

При удалении или добавлении слоя по нажатию кнопки Обновить общая информация изменяется.

Для передвижения по слоям используются кнопки Вверх/Вниз или при помощи мыши.

Метод Map1.Layers.Move позволяет перемещать слои относительно друг друга. То есть в первую ячейку ставим номер слоя, который будет перемещаться, а вторая ячейка – куда будет перемещаться. По нажатию кнопки Переместить, происходит перемещение слоёв.

Возможно также делать слои видимыми/невидимыми. Для этого используется свойство Visible. При чём напротив имени каждого слоя стоит 0, если невидимый или 1, если видимый. Для того чтобы слой скрыть, необходимо в списке выбрать необходимый слой и убрать галочку видимости.

Эти все операции со слоями можно  произвести в диалоге управления слоями LayersDlg. В открывшемся диалоговом окне можно выбрать удаление/добавление слоя, перемещение, видимость/невидимость слоёв.

Для конвертации координат карты  в экранные и, наоборот, в зависимости от параметра (miScreenToMap - экранные в картографические, miMapToScreen - картографические в экранные), существует метод ConvertCoord, где экранные координаты имеют тип Single, а картографические – Double.

Панель  «Инструменты для рисования». Включает в себя такие действия: масштабирование, подписывание, выделение объектов.

Для реализации этих действий в MapX существует свойство CurrentTool, имеющий код для каждой команды, который ссылается на тот или иной инструмент:

1003 –  mi ZoomInTool, увеличение масштаба;

1004 – mi ZoomOutTool, уменьшение масштаба;

1006 –  miTextTool, написание текста;

1012 –  miAddLineTool, добавление линии;

1013 –  miAddPolylineTool, добавление полилинии;

1014 –  miAddRegionTool, добавление региона;

1015 –  miAddPointTool, добавление точки.

Основной  вид программного продукта показан  на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Тематическая карта шумового загрязнения пгт. Кача 

ВЫВОДЫ

Главное преимущество ГИС перед  другими информационными технологиями заключено в наборе средств создания и объединения баз данных с возможностями их географического анализа и наглядной визуализации в виде различных карт, графиков, диаграмм, прямой привязке друг к другу всех атрибутивных и графических данных.

Создание  карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более  соответствующий современности, более  эффективный, удобный и быстрый  подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

Эта технология объединяет традиционные операции при работе с БД, такими, как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти 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.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Журавлёв В.И., Колотов А.Ю., Николаев В.А. «Руководство пользователя в MapInfo»,2000.
2. Понамарев В. «Базы данных в Delphi 7. Самоучитель » Питер, 2003.
3. Глушаков С. В., Клевцов А. Л., Теребилов С. А. «Программирование на Delphi 5.0» Харьков «ФОЛИО», 2002.
4. Фаронов В. В. «Система программирования DELPHI» Санкт-Петербург «БХВ-Петербург», 2005.
5. Черкашин И. А., Подлесецкая И. А. «Методические указания к дипломной работе (проекту)» Севастополь: СНИЯЭиП, 2005.
6. Конспект лекций.

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ