Построение запросов к базам данных ГИС на примере ArcMap. Изучение форматов пространственных данных ArcCatalog и ArcMap
ФИЛИАЛ РОССИЙСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА В г. ТАШКЕНТЕ
Отделение «Технологии геологической и геофизической разведки»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «
на тему «Построение запросов к базам данных ГИС на примере ArcMap. Изучение форматов пространственных данных ArcCatalog и ArcMap.»
(принял) подпись
Работа допущена к защите « » 20__ г.
Работа защищена «__ » 20__ г.; оценка
Ташкент- 2012 г.
Список сокращений.
ESRI – Environmental Systems Research Institute;
ГИС – геоинформационная система;
ПО – программное обеспечение;
БД – база данных;
СУБД – система управления базами данных;
ООН – Организация Объединенных Наций;
САПР – система
VPF - Vector Product Format;
SDC - Smart Data Compression;
XML - Extensible markup language;
HTML - Hypertext markup language;
SQL - Structured Query Language.
Введение.
Цели курсовой работы.
Основными целями данной курсовой работы являются:
- систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений по дисциплине «Геоинформационные системы»;
- углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой;
- формирование умений применять теоретические знания при решении поставленных вопросов;
- формирование умений использовать справочную и нормативную документацию;
- развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности.
Основными задачами, решаемыми в данной курсовой работе являются:
- исследование принципов пострения запросов в ГИС на примере ArcMap;
- изучение форматов пространственных данных в ГИС ArcMap и ArcCatalog.
Согласно доклада Комитета Экспертов ООН по Управлению Глобальной Пространственной Информацией «Будущие тенденции в управлении пространственной информацией: перспектива на срок от пяти до десяти лет», использование пространственной информации повсеместно растет быстрыми темпами не только на государственном уровне, но и в частном секторе в связи с не ослабевающей необходимостью оперативного и в то же время эффективного принятия решений. Кроме того, экспертами комитета было отмечено, что в ближайшей перспективе на десять лет активное использование пространственной информации от прерогативы небольшой группы специалистов перейдет в стадию полномасштабного использования и приобретет значительную популярность. Таким образом, в свете вышесказанного становится понятной актуальность задачи углубленного изучения пространственных данных и систем управления ими. В частности, постоянно растущий интерес предприятий нефтегазовой отрасли устанавливает одним из ведущих критериев профессионализма современных специалистов-инженеров свободное владение геоинформационными системами управления пространственными данными.
Геоинформационная система предназначена для сбора, хранения, анализа
и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных
в ГИС объектах. Термин также используется
в более узком смысле — ГИС как инструмент
(программный продукт), позволяющий пользователям
искать, анализировать и редактировать цифровые
карты, а также дополнительную информацию
об объектах, например высоту здания, адрес,
количество жильцов. ГИС включают в себя
возможности cистем управления базами данных (СУБД),
редакторов растровой и векторн
ArcGIS позволяет визуализировать
(представить в виде цифровой
карты) большие объёмы
- Построение запросов к БД ГИС на примере ArcMap.
- .Назначение, структура и принцип работы ArcMap.
ArcMap основное приложение ArcGIS Desktop. Оно
используется для всех картографических
задач, включая создание карт, анализ карт
и редактирование данных. В ArcMap есть два
варианта отображения и работы с картой
— в Виде географических данных и в Виде
компоновки — в них можно решать разнообразные
ГИС задачи. ArcMap построена на основе технологий COM, .NET, Java, XM
- Визуализация. Вы быстро сможете работать с вашими данными географически: видя структуры, находя скрытые тенденции и распределения, и получая новую информацию, благодаря новому взгляду на ваши данные.
- Создание. Есть возможность легко создавать карты, отражающие вашу идею. ArcMap предоставляет все средства для размещения ваших данных на карте и их эффективного отображения.
- Представление. Показать результаты вашей работы также просто. Вы можете создавать карты отличного качества на уровне готовой печатной продукции и формировать интерактивные изображения, связывающие с вашими данными диаграммы, таблицы, рисунки, фотографии и другие элементы.
- Разработка. Среда настройки ArcMap позволяет вам сформировать интерфейс, соответствующий вашим потребностям или потребностям вашей организации, создать новые инструменты для автоматизации вашей работы и разработать отдельные прикладные системы на основании картографических компонентов ArcMap.
Принципиальная схема структуры ArcMap представлена на рис. 1
Рис.1 Принципиальная блок-схема структуры ArcMap
Принцип работы приложения ArcMap заключается в следующем: взимодействуя напрямую исключительно с интерфейсом приложения, пользователь в большинстве случаев использует растровые данные, соответствующим образом привязанные к определенной координатной системе посредством определенных операций, которые играют роль основы для построения необходимых карт. ArcMap позволяет наносить на основу различные объекты благодаря подсистеме сбора данных. Собранные и поддерживаемые подсистемой базы данных материалы обычно представляют собой атрибуты соответствующих объектов на карте, которые при необходимости проводятся через подсистему анализа, выполняющую функции обработки картографических данных и манипуляции ими. Далее промежуточные материалы обрабатываются подсистемой представления и генерации картографических данных, в результате чего пользователь получает возможность оценить данные визуально. Именно визуализация данных позволяет взглянуть на выполненные изменения в ином масштабе и сделать выводы о результатах проведенных манипуляций. В случае, если результаты проделанной работы кажутся пользователю неудовлетворительными, данные вновь обрабатываются подсистемой анализа и редактирования. Полученные в итоге материалы посредством подсистемы представления формируют финальный документ (карту), выступающую в роли готового продукта. Кроме вышеуказанного, приложение ArcMap позволяет подстраивать интерфейс под нужды пользователя посредством не только изменения конфигурации панели управления модулями, входящими в ее состав, но и создавать индивидуальные ГИС-приложения, выполняющие конкретно заданные операции.
1.2. Построение баз данных в ArcMap.
Для представления географических данных в ArcGIS используется модель данных высокого уровня. В ней пространственная информация представляется в виде векторных пространственных объектов, растров и других типов данных. ArcGIS поддерживает реализацию этой модели данных как в файловой системе, так и в СУБД. Модели данных, основанные на файлах, поддерживают такие наборы данных ГИС как покрытия, шейп-файлы, растровые изображения и нерегулярные трингуляционные сети (TIN). Модель данных базы геоданных работает с теми же типами пространственных данных в СУБД, обеспечивая при этом ряд значительных преимуществ. Как файловые модели данных, так и модель данных базы геоданных, основанная на СУБД, определяют обобщенную модель географической информации. Эта модель может быть расширена и может взаимодействовать с широким спектром специальных моделей. Возможности настройки поведения обобщенной модели географических данных ArcGIS позволяют создавать основанные на стандартах, многоцелевые географические данные, которые могут легко передаваться между различными пользователям. Таким образом, ArcGIS обеспечивает базовую платформу для любого ГИС-приложения.
Модели данных, основанные на файлах: покрытия, шейп-файлы и другие
ArcGIS поддерживает файловые модели данных покрытий, шейп-файлов и таблиц атрибутов. ГРИДы и TIN обеспечивают поддержку растровых данных и поверхностей. Настольные продукты ArcGIS — ArcReader™, ArcView®, ArcEditor™ и ArcInfo™— содержат полный набор инструментов для работы с данными, содержащимися в этих файловых моделях. ArcMap™, приложение для создания карт и редактирования данных, отлично работает со всеми этими форматами. ArcCatalog™ и ArcToolbox™, приложения для управления пространственными данными и их геообработки, также помогут вам создавать эти файловые наборы данных и управлять ими.
ArcGIS включает базу геоданных - модель данных для представления географической информации, основанную на использовании стандартной технологии реляционных баз данных. База геоданных - сокращенное название географической базы данных - обепечивает хранение и управление географической информацией в таблицах стандартной реляционной СУБД. Например, в таблице может храниться класс пространстенных объектов, и каждая строка таблицы будет представлять один объект. В каждой строке таблицы присутствует поле "shape", в котором содержится геометрическое описание объекта. Эта основная реляционная модель хранения данных придерживается спецификации простых объектов ISO и OGC (Open GIS Consortium или OpenGIS®). Помимо векторных объектов в реляционных таблицах могут храниться все другие типы пространственной информации, что позволяет работать со всеми вашими пространственными данными в одной СУБД. Используя базу геоданных, вы можете устанавливать дополнительные правила целостности и поведения пространственных данных для моделирования топологии, поведения объектов в пространственных системах сетей и потоков, каталогов растров. Например, для пространственных данных переписи вы можете установить следующие правила целостности данных:
- Переписные участки не могут перекрываться.
- Переписные участки должны полностью покрывать территорию переписи.
- Переписные участки должны содержаться внутри и иметь общую границу с территорией переписи.
Правила целостности и поведения применяются к таблицам пространственных объектов с помощью так называемых контролирующих объектов, или объектов- посредников (пограммных компонентов, реализующих заданные правила и поведение). Поэтому базу геоданных называют также объектно-реляционной моделью данных, продемонстрированной на рис.2
Примеры правил целостности, которыми можно управлять с помощью топологии.
Рис.2 Схематический вид базы геоданных.
ArcGIS поддерживает топологию в базе геоданных. Это обеспечивает одну из важнейших возможностей моделирования данных, весьма существенную для пользователей ГИС при разработке их баз данных. Топология - это набор правил целостности и программных инструментов, определяющих поведение пространственно связанных географических объектов и классов объектов. "Территории округов не должны перекрываться" - вот пример простого правила топологии для полигонов в классе пространственных объектов округов. Правила могут устанавливаться и для нескольких класоов пространственных объектов. Например, полгионы класса "Округа" должны полностью покрывать и содержаться внутри класса пространственных объектов "Штаты". В базе геоданных топология задается набором правил целостности и ключевыми свойствами, такими как: кластерный допуск, ранг точности координат класса пространственных объектов (объекты класса с меньшей точностью геометрии могут быть привязаны к объектам с большей точностью), а также исключения из правил топологии. Установление правил топологии - один из основных этапов в разработке базы геоданных. В каждом случае пользователи определяют, какие классы пространственных объектов участвуют в топологии и имеют общую геометрию. Эти классы пространственных объектов с общей геометрией объединяются в наборы классов, для которых задаются управляющие правила геометрического поведения объектов.
На практике чаще всего базы данных
создаются посредством
Процесс построения базы данных может быть показан на примере последовательности несложных операций.
- Щелкните на стрелке ниспадающего меню Задача и укажите Создать новый объект.
- Щелкните на стрелке ниспадающего меню Целевой слой и укажите слой с тем типом объектов, которые вы хотите создать.
- Щелкните на стрелке палитры инструментов и выберите инструмент Скетч.
Щелкните на карте, чтобы оцифровать верщины объекта.
- Дважды щелкните на последней верщине, чтобы завершить объект.
- Нажмите на кнопку Атрибуты.
Появляется диалоговое окно Атрибуты. Обратите внимание, что некоторые из полей уже содержат значения. Это значения по умолчанию, которые были установлены при создании этого класса объектов.
- Щелкните на полях, чье значение вы хотите изменить, и наберите новые значения.
Нажмите на кнопку Закрыть, чтобы закрыть диалоговое окно Атрибуты.
1.3. Способы построения запросов к базам данных в ArcMap.
ArcMap позволяет производить поиск и просмотр записей в базе данных следующим образом: использовать кнопки внизу таблицы, чтобы быстро переходить на следующую, предыдущую, первую или последнюю запись в таблице. Если вы знаете номер записи, вы можете просто ввести его. Когда вам нужно найти в таблице запись, которая содержит определенное численное значение или текстовую строку, вы можете запустить поиск значения в выбранном поле таблицы или во всей таблице. В зависимости от типа поля (числовое или символьное) существует три типа поиска:
- В любой части поля
- В целом поле
- В начале поля
Числовые поля всегда рассматриваются как целое поле. В символьном поле вы можете искать любую часть текстовой строки или начало поля, соответствующее текстовой строке, которую вы ввели в диалоговом окне Найти и заменить. Диалоговое окно также предоставляет вам возможность искать вниз или вверх по таблице, или во всех направлениях от текущего положения в таблице. Перемещение к определенной записи в таблице осуществляется следующим образом:
- Откройте таблицу.
- Введите номер записи, которую вы хотите увидеть, и нажмите Enter.
Указатель в таблице перемещается на заданную запись. Просмотр всех или только выбранных записей. Откройте таблицу. Щелкните Показывать Все или Показывать Выбранные, чтобы просматривать только выбранные записи в таблице.
Пример выполнения операции перемещения продемонстрирован на рис.3
Рис.3 Перемещение к определенной записи в таблице
Также ArcGIS позволяет производить операцию Поиск записей с конкретными значениями атрибутов
- Щелкните на заголовоке столбца, содержащего текст, который вы хотели бы найти.
- Нажмите Опции и выберите Найти & Заменить.
- Наберите текст, который вы хотите найти в текстовом иоле Найти.
- Нажмите на стрелку вниз в строке Сопоставить и выберите тип поиска, который вам нужен.
- Нажмите Найти далее.
Будет выбрана первая же запись, содержащая заданный текст.
Операция Сортировка записей или строк в таблице позволяет эффективно исследовать данные таблицы. Например, можно найти город с максимальным числом жителей в Юго-восточной Азии. После сортировки значений по возрастанию, значения располагаются в порядке от А до Я или от 1 до п, где п — максимальное значение. После того, как вы отсортировали значения по убыванию, значения располагаются в порядке от Я до А или от п до 1. Иногда полезно отсортировать строки таблицы по нескольким столбцам. Например, может оказаться более полезным отсортировать города по странам и по численности населения — в результате вы получаете своего рода отчет. Для сортировки по нескольким столбцам вы должны сначала расставить но порядку столбцы, по которым вы будете сортировать. Столбцы для сортировки должны быть расставлены по порядку слева направо, при этом значения самого левого столбца будут отсортированы первыми, а самого правого — последними. Столбцы, по которым проводится сортировка, не обязательно должны быть соседними, однако, если они стоят рядом, результат будет более наглядным.
Необходимо отметить, что в АгсМар есть разные способы выбора объектов. Один из способов - выбор из таблицы атрибутов. В таблице вы можете выбирать записи, щелкая на них, или построив запрос для выбора записей - например, выбрать все города с населением больше 1 миллиона человек. Определив выборку в таблице, вы увидите объекты на карте, выделенные определенным цветом. Предположим, вы хотите найти положение пяти городов с максимальной численностью населения. Вы отсортируете записи в таблице по убыванию на основании значений численности населения и затем выберете пять верхних записей, тем самым подсветив соответствующие объекты на карте.
Следующий способ построения запросов - Выбор по атрибутам
- Нажмите Опции в таблице, в которой вы хотите найти записи, и выберите Выбрать по атрибутам.
- Щелкните на стрелке вниз в строке Метод и выберите способ создания выборки.
- Дважды щелкните на поле, по значениям которого вы хотите выбрать записи.
- Нажмите на логический оператор, который вы хотите использовать.
- Щелкните кнопку Получить Значения, затем прокрутите ниспадающий список и выберите из него нужные значения. Эти уникальные значения также можно просто ввести в текстовое окно.
- Щелкните Проверить, чтобы проверить синтаксис.
- Щелкните Закрыть.
Выбранные вами значения будут подсвечены в таблице.
Используйте кнопку Применить, если вам надо сделать более одного запроса либо если вы хотите проверить результаты выборки перед тем, как закроете диалоговое окно Выбрать по атрибутам.
1.4.Инструкционный материал к ArcMap.
- В качестве инструкционного материала в процессе изучения ArcMap были использованы соответствующие авторские руководства пользователя от компании ESRI. Кроме того, крайне полезным оказалось меню Справки, расположенное на панели управления ArcMap и вызываемое следующим образом: в меню Справка щелкните Справка ArcGIS.
- Перейдите на закладку Содержание.
- Дважды щелкните на значке книжки, чтобы увидеть темы в данной категории.
Двойной щелчок на значке раскрытой книжки закрывает этот список.
Щелкните на теме, которую вы хотите прочитать.
Ниже приводятся основные и наиболее часто испольхуемые операции.
Увеличение и получение
Если вы хотите рассмотреть участок карты боле
- Щелкните на кнопке Увеличить.
- Начеритте прямоугольник вокруг парка дляувеличения этой области.
После того как вы задали прямоугольник для увеличения, он увеличится до размера окна изображения карты. Кнопка Предыдуший экстент позволяет вернуть преж
- Нажмите кнопку Идентифицировать и шeлкнитгe на парке.
Рис.4 Вид панели инструментов
Когда вы щелкаете на объекте с использованием инструмента идентификации открывается окно результатов идентификации. Вэтом окне вы можете просмотреть атрибуты объекта.
Если в точке нажатия инструмен
4. Закройте окно результатов идентификации.
Масштабирование до изображения всей карты
Если вы увеличивали изображение отдельных участков карты, можно быстро вернуться к полной карте.
1. Щелкните на кнопке Полный экст
Рис.6 Вид панели инструментов
Теперь вы видите карту целиком. Масштаб карты - около 1:95.000 (в зависимости от параметров вашего экрана и размера окна АгсМар). это значение показано в строке инструментов Стандартные. (Если масштаб карты отличается от 1:95.000. измега1те его, щелкнув на текстовом поле, набрав 1:95:000 и нажав Enter.)
Рис.7 Вид панели масштаба
При таком масштабе символы зданий не видны. Свойство данного слоя Минимальный масштаб видимости был задан равным 1:70.000.
Поиск объекта
Кнопка Найти позволяет
1. Щелкните на кнопке Найти.
При этом открывается диалоговое окно Найти. Вы можете вести поиск в определенном слое или во всех слоях карты.
2. Наберите 'City Наll (Здание мэрии) в текстовом поле Найти. Нажмите стрелку вниз возле окошка В слоях и выберите слой buildings_point. Щелкнув, включите опцию "в полях", затем нажмите стрелку вниз и выберите NАМЕ(Имя). Щелкните на кнопке Найти.
Рис.8 Вид панели поиска
в списке найденных объектов появляется City Hall — здание мэрии.
3. Щелкните правой кнопкой мыши на City Hall и щелкните Экстент объекта.
Рис.9 Вид панели Экстент объекта
Изображение приблизится к зданию мэрии City hall. Поскольку масштаб теперь больше порогового значения 1:70.000, на карте появляются символы зданий, и вы можете видеть синий треугольный символ мэрии.
4.Нажмите Отмена, чтобы закрыть диалоговое окно Найти.
На карте сейчас показан участок, с которым вы будете работать.
При обращении к опции Экстент объекта вы видите опцию Создать закладку. Пространственная закладка сохраняет заданный вид изображения, так что вы можете вернуться к нему, когда пожелаете.
Пространственные закладки сохраняются вместе с картой, так что любой, кто откроет впоследствии карту, сможет обратиться к отмеченному закладкой изображению.
Теперь, когда вы закончили компоновку карты, сохраните ее копию. У вас по-прежнему останется черновая карта для внесения возможных изменений.
1. Щелкните Файл, затем Сохранитъ как.
Рис.10 Вид меню команды Файл
IIoявляeтс ядиaлоговoe oкнo Coxpaнить кaк.
- Перейдите в папку проекта.
- Наберите " Wastewater Treatment Plant Sites" и нажмите Сохранить.
Рис.11 Вид окна «Сохранить как»
Если позднее вам потребуется эта карта, вы получете ее точно в таком виде, как вы ее сохранили.
Если к вашему компьютеру подключен принтер, вы можете напечатать карту. Вы создали карту размера D, поэтому, если ваш принтер поддерживает формат D, вы можете напечатать карту в полный размер; в противном случае вы можете масштабировать ее под свой принтер.
- Щелкните Файл, затем Печать.
- Если принтер не печатает размер D, нажмите Разместить на одной странице. Если он печатает размер D или больше, пропустите этот шаг.
- Нажмите ОК, чтобы напечатать карту.
2.Изучение форматов пространственных данных в ArcCatalog и ArcMap.
2.1. Назначение, структура и принцип работы в ArcCatalog.
Приложение ArcCatalog поможет структурировать и управлять всеми данными ГИС. Оно предоставляет инструменты для поиска и просмотра географических данных, создания и просмотра метаданных, быстрого просмотра любого набора данных, а также инструменты для структурирования географических данных. После подключения к папке, базе данных или ГИС-серверу с помощью Каталога можно просматривать содержимое подключения и осуществлять навигацию по нему. Можно найти карту, которую нужно распечатать, отобразить покрытие или страницу, используя значения из таблицы, выяснить, какую систему координат использует растр, либо прочитать информацию о том, с какой целью он был создан. Доступ и использование информации в ArcCatalog - несложный процесс. Обнаружив необходимые вам данные, добавьте их к карте, используя ArcMap, либо проанализируйте их с помощью инструментов ArcToolbox. Может случиться так, что некоторые данные окажутся ненужными, либо требующими модификации. Каталог позволяет легко реорганизовать данные и изменить их свойства. В состав ArcCatalog входит редактор метаданных, который можно использовать для документирования данных. В момент создания новых метаданных Каталог заполняет столько информационных полей, сколько он может почерпнуть из свойств данных. В случае изменения свойств данных — например, когда добавляется новый атрибут — Каталог производит автоматическое обновление метаданных, используя новую информацию. Метаданные - это часть самих данных и потому при копировании или перемещении данных метаданные будут перемещаться вместе с ними.
Рис. 12 Структура ArcCatalog
2.2. Типы данных в ArcCatalog.
Когда вы запускаете ArcCatalog впервые, он содержит подключения папок, позволяющие получить доступ к жестким дискам вашего компьютера. Вы можете добавлять подключения папок, которые будут обеспечивать доступ к папкам, или директориям, локального диска, сетевым папкам или содержимому дискет или компакт-дисков CD-ROM, если это необходимо. Вы можете также удалять подключения папок, которые вам больше не нужных. Когда вы просматриваете подключение папки, вы видите элементы, которые она содержит. В отличие от Проводника Windows, Каталог не отображает все файлы, хранящиеся на диске. В Каталоге папка может казаться пустой, даже если содержит данные. Отображаются только те элементы, которые относятся к выбранным вами типам данных. Помимо выбранных форматов географических даных, вы можете выбрать также, например, документы Microsoft Word, содержащие описание ваших пространственных данных. Для этого необходимо добавить их к списку типа файлов. Тип файла складывается из расширения файла (например, .doc), значка, представляющего этот тип файла в Каталоге, и описания. Из Каталога вы можете обращаться к картам, слоям и диаграммам. Карта, по сути, представляют собой готовый для печати документ, хранящийся на диске компьютера. Она может содержать географические данные, заголовки, легенды и стрелки севера. Для того чтобы создавать серии карт с одной компоновкой, можно использовать специальные шаблоны. Вы можете встраивать документы карты в другие документы - например, в редактор Microsoft Word. Публикации карты позволяют сделать результаты вашей работы доступными для широкой аудитории - люди смогут просматривать ваши электронные карты и распечатывать их с помощью ArcReader™.
