Геоинформационные системы

Содержание

1. ГИС (геоинформационные системы), определение,

сферы использования……………………….……………………….2

2. Доказать почему можно использовать ГИС в ландшафтном строительстве……………………………………...…………………6

3. GPS, назначение, фирмы изготовители, возможности использования в ландшафтном строительстве.…………………..10

4. Сравнить ГИС и САD системы и их использование для ландшафтного строительства……………………..……………….13

5. Привести все информационные технологии, которые необходимы ландшафтному дизайнеру для выполнения

работ по проекту?..............................................................................16

6. Список используемой литературы...……………………………18

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ГИС (геоинформационные системы), определение, сферы использования.

Появление географических информационных систем относят к началу 60-х годов  прошлого века. Именно тогда сложились  предпосылки и условия для  информатизации и компьютеризации  сфер  деятельности, связанных с  моделированием географического пространства и решением пространственных задач. Их разработка базировалась на исследованиях  университетов, академических учреждений, оборонных ведомств и картографических служб.

Впервые термин «географическая  информационная система» появился в  англоязычной литературе и использовался  в двух вариантах – как geographic information и как geographic information system. Очень скоро он также получил сокращенное наименование (аббревиатуру) GIS. Чуть позже этот термин проник в российский научный лексикон, где существует в двух равнозначных формах: исходной полной – в виде «географической информационной системы» и редуцированной – в виде «геоинформационной системы». Первая из них очень скоро стала официально-парадной, а вполне разумное стремление к краткости в речи и текстах сократило последнюю из них до аббревиатуры «ГИС».

Кратко ГИС определялась как информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях.

Сферы использования ГИС.

Ученые подсчитали, что 85% информации, с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет  территориальную привязку. Поэтому  перечислить все области применения ГИС просто невозможно. Этим системам можно найти применение практически  в любой сфере трудовой деятельности человека.

ГИС эффективны во всех областях, где осуществляется учет и управление территорией и объектами на ней. Это практически все направления  деятельности органов управления и  администраций: земельные ресурсы  и объекты недвижимости, транспорт, инженерные коммуникации, развитие бизнеса, обеспечение правопорядка и безопасности, управление ЧС, демография, экология, здравоохранение  и т.д. ГИС позволяют точнейшим образом учитывать координаты объектов и площади участков. Благодаря возможности комплексного (с учетом множества географических, социальных и других факторов) анализа информации о качестве и ценности территории и объектов на ней, эти системы позволяют наиболее объективно оценивать участки и объекты, а также могут давать точную информацию о налогооблагаемой базе.

В области транспорта ГИС  давно уже показали свою эффективность  благодаря возможности построения оптимальных маршрутов, как для отдельных перевозок, так и для целых транспортных систем, в масштабе отдельного города или целой страны. При этом возможность использования наиболее актуальной информации о состоянии дорожной сети и пропускной способности позволяет строить действительно оптимальные маршруты.

Учет коммунальной и промышленной инфраструктуры - задача сама по себе не простая. ГИС не только позволяет  эффективно ее решать, но и также  повысить отдачу этих данных в случае чрезвычайных ситуаций. Благодаря ГИС  специалисты различных ведомств могут общаться на общем языке.

Интеграционные возможности  ГИС поистине безграничны. Эти системы  позволяют вести учет численности, структуры и распределения населения  и одновременно использовать эту  информацию для планирования развития социальной инфраструктуры, транспортной сети, оптимального размещения объектов здравоохранения, противопожарных отрядов и сил правопорядка.

ГИС позволяют вести мониторинг экологической ситуации и учет природных  ресурсов. Они не только могут дать ответ, где сейчас находятся "тонкие места", но и благодаря возможностям моделирования подсказать, куда нужно  направить силы и средства, чтобы  такие "тонкие места" не возникали  в будущем. С помощью геоинформационных систем определяются взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельскохозяйственных культур), выявляются места разрывов электросетей.

 Риэлторы используют  ГИС для поиска, к примеру, всех  домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три  комнаты и 10-метровые кухни,  а затем выдачи более подробного  описания этих строений. Запрос  может быть уточнен введением  дополнительных параметров, например, стоимостных. Можно получить список  всех домов, находящих на определенном  расстоянии от конкретной магистрали, лесопаркового массива или места  работы.

 Компания, занимающаяся  инженерными коммуникациями, может  четко спланировать ремонтные  или профилактические работы, начиная  с получения полной информации  и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих  участков, скажем водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, с уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением.

Для космических и аэрофотоснимков  важно то, что ГИС могут выявлять участки поверхности с заданным набором свойств, отраженных на снимках  в разных участках спектра. В этом - суть дистанционного зондирования. Но на самом деле эта технология может  с успехом применяться и в других областях. Например, в реставрации: снимки картины в разных областях спектра (в том числе и в невидимых).

 Геоинформационная система  может использоваться для осмотра  как больших территорий (панорама  города, штата или страны), так  и  ограниченного пространства, к примеру, зала казино. С помощью  этого программного продукта  управленческий персонал казино  получает карты с цветовым  кодированием, отражающим движение  денег в играх, размеры ставок, взятие "банка" и другие данные  из игорных автоматов. 

ГИС помогает, например, в  решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных  конфликтов, выбор оптимальных (с  разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме  с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами.

ГИС служат для графического построения карт и получения информации как об отдельных объектах, так и пространственных данных об областях, например о расположении запасов природного газа, плотности транспортных коммуникаций или распределении дохода на душу населения в государстве. Отмеченные на карте области во многих случаях гораздо нагляднее отражают требуемую информацию, чем десятки страниц отчетов с таблицами.

 

 

 

 

2. Доказать почему  можно использовать ГИС в ландшафтном  строительстве.

В начале XXI века создание геоинформационных  систем (ГИС) становится необходимым элементом географического исследования. Широкое развитие компьютерных технологий и картографирования открывает новые возможности не только для показа и анализа положения объектов в пространстве, но и для представления их динамики. Наилучшим образом отражают закономерности размещения природных объектов ГИС, созданные на ландшафтной основе. Поскольку представление о природно-территориальных комплексах, как о территориях, где все компоненты природной среды взаимосвязаны, и в пределах которых свойства природной среды меняются незначительно, позволяет экстраполировать данные локальных наблюдений. Однако пока ГИС, содержащие в своей основе ландшафтные карты, немногочисленны, а динамические ландшафтные ГИС – единичны.

Особенность и новизна  этой ГИС по сравнению с другими уже созданными геоинформационными системами заключается в постановке задачи сопряженного ландшафтно-исторического изучения, применяемых подходах и в объектах исследования.

Ландшафтно-экологический, историко-генетический и диахронический подходы позволяют дать комплексную оценку изучаемых территорий и проследить динамику основных процессов и тенденции их развития. Очень важным аспектом исследований является то, что памятники истории, культуры и археологические памятники рассматриваются не как точечные объекты, а вместе с их природным (ландшафтным) окружением, в которое они органично «вписаны» и составляют единое целое – ландшафтно-исторические комплексы.

Главные объекты изучения и отражения в ГИС – ландшафтно-исторические комплексы как органическое единство объектов историко-культурного назначения и ландшафтов их вмещающих.

Создание ландшафтно-исторических геоинформационных систем логичное развитие исследований взаимоотношений социума и природы, поведения человека в ландшафте и изменений в ландшафтах вследствие человеческой деятельности.

Получить четкую картину  функционирования территорий в разные исторические периоды можно при «сквозном» ландшафтно-историческом анализе территории с сопряженным изучением динамики ландшафта и хозяйственной деятельности в нем на основе составления серий карт на различные хроносрезы.

Использование полевых и  камеральных методов, ландшафтное картографирование и профилирование ключевых участков позволяет, во-первых, определить современную ландшафтную структуру территории, во-вторых, выявить антропогенные изменения в ПТК и оценить современные антропогенные нагрузки, провести ретроспективные реконструкции природной обстановки ландшафтно-эдафическим методом.

Эффективность же применения ГИС-технологий связана, кроме стандартного упорядочения, анализа и обобщения территориально «привязанного» материала, с рядом специфических дополнительных возможностей.

Особо выделим среди них более быстрое и качественное сопоставление и сопряженный анализ разновременных и разномасштабных исторических карт, путем приведения к одному масштабу после «привязки» растровых изображений, наложения карт-первоисточников и комбинирование разнотипных карт.

При наложении двух карт мы автоматически получаем новую, контура которой являются пересечением двух исходных карт. Эти контура систематизируются и обрабатываются, и мы можем определить, например, как использовались в выбранный исторический период террасы малых рек, какой процент их территории составляли пашни, какой – луга, селитебные земли или леса.

Немаловажна при использовании  ГИС и возможность быстрого определения площади контуров и проведения статистической обработки результатов.

Это позволяет, например, количественно  охарактеризовать динамику землепользования конкретных ПТК (самых разных таксономических рангов, вплоть до видов урочищ и подурочищ) в определенные исторические промежутки времени.

Техническая составляющая ландшафтно-исторической ГИС вполне традиционна. Она включает средства ввода данных, редактирования, согласования, анализа, обработки и хранения информации, представления результатов и базируется на использовании персональных компьютеров Pentium, сканера и принтера с высокой разрешающей способностью и стандартного программного обеспечение: геоинформационных оболочек, графических пакетов и приложений MsOffice.

Структура же содержательной составляющей (собственно информационной) была разработана специально. Что и явилось первым эта иерархичность.

Поскольку одним из основных требований, предъявляемых к современным ГИС, является «модульность» и «открытость», для каждой территории историко-культурного назначения и ландшафтно-исторического комплекса создается собственная геоинформационная система, основные элементы которой входят в региональную ГИС и могут быть легко трансформированы и дополнены. «Модули» ключевых участков содержат два основных блока: природный и исторический и, производный от них, прикладной блок.

Прикладной блок может быть оценочным или прогнозным и содержать требуемые для решения конкретной задачи карты (карту функционального зонирования, схему сети комплексного геоэкологического мониторинга и др.). Ядро природного блока – ландшафтные карты, развернутые и краткие легенды к ним, комплексные ландшафтные профили.

Исторический блок для  разных хроносрезов содержит карты условно-восстановленных ПТК, комплексные профили природопользования, карты реконструкции систем поселений и природопользования, а также археологические и исторические материалы.

Процесс создания ландшафтно-исторической ГИС чрезвычайно динамичен, как по включаемому материалу, так и по применяемым техническим средствам.

Такие ГИС позволяют проследить динамику издавна используемых человеком ландшафтов и наполнить исторические данные ландшафтным содержанием. Имеется опыт использования ГИС не только для научных исследований, но и в просветительских и образовательных целях, при обучении студентов и школьников, в экскурсионном и музейном деле.

 

 

 

 

 

3. GPS, назначение, фирмы изготовители, возможности использования в ландшафтном строительстве.

Глобальная спутниковая  система GPS (Global Position System) Navstar предназначена для высокоточного определения пространственно-временных координат и составляющих скорости объектов-потребителей.

Система разработана по заказу и находится под управлением  МО (ВВС) США. Система GPS состоит из космического сегмента, сегмента управления и сегмента потребителей.

Космический сегмент образован  орбитальной группировкой, состоящей  из 24 основных и 3 резервных навигационных  КА (далее просто НКА). НКА распределены по шести плоскостям, которые разнесены  по долготе на 60° . В каждой плоскости  находится четыре, и, возможно, один резервный НКА, которые двигаются  по круговым орбитам с наклонением 55° и с полуосью около 26,5 тыс. км. Период обращения НКА составляет 12 часов. Основными разработчиками и создателями космического сегмента являются Rockwell International Space System Division и Martin Marietta Astro Space Division.

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Общий вид НКА GPS                               Рис. 2 Развернутая навигационная система GPS

 

Сегмент управления состоит  из сети наземных станций слежения. Сеть включает главную станцию (авиабаза Шривер, шт. Колорадо), контрольные станции слежения и наземные станции ввода данных на НКА. Станции слежения расположены вдоль экватора, что обеспечивает благоприятные условия для наблюдения НКА рис 3.

Рис. 3 Наземные станции слежения.

С помощью наземного сегмента управления осуществляются высокоточные измерения параметров орбит НКА, которые собираются и обрабатываются в Фальконе. Результатом обработки  является информация об орбите, частотно временные поправки, ионосферные  поправки. Полученная информация передается на борт НКА для последующей ретрансляции потребителю. Частота обновления ретрансляционной информации приблизительно раз в  два часа.

Сегмент потребителей составляет совокупность находящихся в работе спутниковых приемников. Потребители  разделяются на категории по правам использования навигационной системы GPS. Различают гражданских и военных  потребителей. Аппаратура гражданских  потребителей, в отличие от военных, способна использовать сигналы НКА  только с намеренно пониженной точностью.[1]

Фирмы изготовители :  Garmin International, Lenexa, Kan. Leica Inc., Navigation and Positioning Division, Torrance, Calif. Magellan Systems Corp., San Dimas, Calif. Motorola Inc., Scottsdale, Ariz. Sokkia Corp., Overland Park, Kan. Trimble Navigation, Sunnyvale, Calif.[2]

Возможности использования в ландшафтном строительстве: Дизайн-проект составляется на основе топографической съемки.

Съемка для ландшафтного дизайна отличается от обычной топографической съемки. Во первых - это укрупненным масштабом! Масштаб для съемки под ландшафтное проектирование подбирается в пределах от 1:200 до 1:50 в зависимости от сложности рельефа и поставленных задач. Во вторых – это всегда подеревная съемка с повышенным вниманием ко всем мелким деталям на участке (кусты, клумбы, мелкие особенности рельефа и тд).

Подеревная съемка применяется в ландшафтном дизайне, на ее основе может составляться дендроплан, а так же при проектировании зданий и сооружений в залесенной местности, где важно сохранение каждого дерева. Обычно подеревная съемка выполняется в масштабе 1:200, в особо загруженных участках можно составить план в масштабе 1:100. На подеревный план наносится рельеф, все здания и сооружения, а так же все деревья и кустарники с разделением их на мелко лиственные, широколиственные, ели и сосны. Дополнительно можно нанести информацию о ширине, высоте и породе дерева. Планы выпускаются двух видов либо вся нужная информация о деревьях подписывается у соответствующего дерева на плане, либо составляется план с экспликацией, т.е. выпускается план и таблица к нему. На плане каждое дерево пронумеровано, а в таблице указываются номера деревьев и его характеристики.

Топографический план выпускается  как на бумажном, так и электронном  носителе (формат AUTOCAD).[3]

4. Сравнить ГИС и САD системы и их использование для ландшафтного строительства.

К основным системам ГИС  нужно отнести следующие:

- СУБД, в которых храниться, и обслуживается разнообразная информация не только о пространственном положении, но и сведения описательного и технологического характера;

- системы сбора информации, включая ДЗЗ и GPS;

- системы отображения  информации, включая коммуникационные  средства;

- программное обеспечение;

- средства анализа информации, проведения технологических ресурсов, определения последовательности  выполнения операций по обработке  информации, моделирование на основе  геопространственной информации.

К основным функциональным системам САПР (CAD) относятся следующие:

- средства создания и  редактирования 2D и 3D объектов;

- системы поддержки пользователей  в части освоения функционалов  CАПР;

- средства для инженерных  расчетов и анализа;

- средства представления и публикации (печать и визуализация);

- системы организации хранения чертежей, включающие возможность коллективного использование данных в чертежах и приложениях.

 

 

Области совместного применения ГИС и САПР:

- разработка генеральных  планов;

- землеустройство и инвентаризация  земель;

- маркшейдерия и горнодобывающая  промышленность;

-  градостроительная деятельность.

ГИС в этих задачах решает вопросы представления градостроительных  решений, а САПР – задачи планирования территорий и проектирования, встраивания  решений в существующую инфраструктуру городов и многое другое.

Есть ряд ГИС- и САПР- задач, неразрывно связанных между собой, и одна из них – развитие инфраструктуры инженерных сетей.

В настоящее время существует тенденция комбинаторного использования  базовых функционалов ГИС и САПР – для построения на их основе системы  информационного моделирования и мониторинга различных объектов.

Вывод: CAD- и ГИС- платформы слишком разные, поэтому их легкая интеграция в ближайшее время скорее всего не произойдет.

CAD-системы изначально были ориентированы на обработку результатов измерений и на автоматизацию процессов проектирования.

В СAD великолепный набор графики и хранилища, в которых содержатся методы обработки данных и типовые проектные решения. Но в этих системах накапливается и интегрируется набор графических элементов, естественно, с некоторыми данными о них.

Например: если речь идет о  геоданных, то это геометрические размеры, высота над уровнем моря  и  превышение одних элементов по отношению  к другим и, конечно, координаты и  углы. И у нас есть тут же стандартный инструментарий, где мы обрабатываем всю эту графику и выдаем проектанту необходимые ему данные о местности в виде чертежа (плана). Эти обеспечивается workflow (технологический процесс).

А в ГИС-системах мы работаем с геоданными, понимая, что они  обладают большим набором свойств. И представлять пространственные данные – точки, поверхности, объекты и  т.д. – можно не просто в виде геометрических фигур, линий и плоскостей.

Вся информация об объектах (атрибутика) хранится в базах геоданных, информации этой много, поэтому системы правления базами данных в ГИС намного сильнее. Картографическая составляющая тоже более мощная.

Сейчас корректно задавая  систему координат и способ представления  графики (точки, дуги, плоскости), можно  конвертировать файлы из ГИС в  CAD и обратно.

Мне кажется, что системы  ГИС и CAD будут все больше дублировать друг друга, расширяя набор используемых инструментов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Привести все  информационные технологии, которые  необходимы ландшафтному дизайнеру для выполнения работ по проекту?

План работы по объекту.

1. Встреча с Заказчикам на предполагаемом участке. Оговариваются все предпочтения и пожелания.

2. Фотографирование участка,  для учета всех существующих (если  такие имеются) построек и насаждений. Производятся замеры участка лазерным измерителем. Фотография с расширением (JPG).

3. Перенос всех замеров  в программу AutoCAD 2008 и создаем файл. Создается план-схема участка с точными размерами всех построек и привязки насаждений.

Используется расширение (dwg), при необходимости сохраняется с расширением (dxf) если AutoCAD , более старой версии.

4. Созданные в AutoCADe 2008 чертежи с расширением (dwg) можно перенести в программу CorelDraw Х5. С помощью команды Ctrl (C) копирование в AutoCADe и команда Ctrl (V) вставка в программе CorelDraw Х5.

В программе  CorelDraw Х5 создаем файл с расширением (cdr).

Открытие фотографий в CorelDraw Х5 :

Вариант I: фотография сканируется через сканер с использованием полиграфического формата (TIF).

Вариант II: через программу Adobe Photoshop с использованием полиграфического формата (TIF).

5. В программе CorelDraw Х5 создается фотография с нанесением необходимых деталей.

Готовиться графический  рисунок участка в цвете с  изображениями всех необходимых  объектов и насаждений.

6. Все чертежи распечатываются  в формате А4 или А3.

7. Чертежи при необходимости  можно дополнить рисунками от  руки с использованием гелиевых  ручек либо цветных художественных  карандашей.

8. Составляется спецификация  в программе Microsoft Excel97-2003 с расширением (xls). В спецификацию вносятся все объекты и насаждения, используемые в чертежах.

При необходимости спецификацию можно открыть в программах CorelDraw Х5, AutoCADe 2008, с помощью команды Ctrl (C) копирование в Microsoft Excel97-2003 и команда Ctrl (V) вставка в программе CorelDraw Х5или AutoCADe.

9. Встреча с Заказчиком  с готовым пакетом документов. Обсуждение проекта, при необходимости вносятся изменения.

10. Заключение договора. Договор  напечатан в программе Microsoft Word Starter с расширением  (docx).

При необходимости договор  можно открыть в программах CorelDraw Х5, AutoCADe 2008, Microsoft Excel97-2003, с помощью команды Ctrl (C) копирование в Microsoft Word Starter и команда Ctrl (V) вставка в программе CorelDraw Х5, AutoCADe или Microsoft Excel97-2003.

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. http://www.kiam1.rssi.ru/ 01.02.13

2. http://loi.sscc.ru/ 01.02.13

3. http://www.sgs-geo.ru/ 01.02.13.

4. Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Основы геоинформатики. В 2 кн. Кн.1: Учеб. Пособие для студ. Вузов М.: Издательский центр «Академия», 2004. 352 с.

5. Фомин В.В., Нагимов З.Я., Шавнин С.А., Голиков Д.Ю. Географические информационные системы. УГЛТУ. Екатеринбург, 2003. 90с.