Пакет IDRISI

Пакет картографо-математического моделирования и анализа IDRISI

IDRISI - растровый пакет географического анализа и обработки изображений, созданный в Аспирантской школе Университета Кларка (Мас­сачусетс, США). Назван в честь арабского картографа и географа XII века Алл» Идриси (родился в 1099 г.). Пакет используется более чем в 100 странах в различных проектах, связанных с управлением и охра­ной природных ресурсов, включен в учебные программы многих университетов, в том числе в разработанную в Национальном центре географической информации и анализа (NCGIA) (Калифорния, США) программу подготовки специалистов в области ГИС - Core Curriculum. Открытая архитектура позволяет легко добавлять новые функциональ­ные возможности любому заинтересованному пользователю. В настоя­щее время пакет IDRISI версии 4.0 включает более 130 функциональ­ных модулей, объединенных в несколько тематических групп. Разра­ботаны и предлагаются для коммерческой продажи две новые версии:

IDRISI для DOS версии 4.1 и IDRISI для Windows версии 1.0. При примерно одинаковых функциональных возможностях IDRISI для Windows выгодно отличается интерфейсом пользователя, однако предъявляет значительно более высокие требования к аппаратному обеспечению.

Версии пакета IDRISI для DOS запускаются на персональных компьютерах IBM AT (начиная от AT 286) или PS/2 с 512К свободной оперативной памяти и видеоадаптером EGA, VGA, SuperVGA; математический сопроцессор не обязателен, но весьма рекомендуется. Для разворачивания пакета (без базы данных) необходимо около 6 МБ дискового пространства. Версия IDRISI для Windows работает под Windows 3.1, Windows 95, Windows for Workgroup 3.11, Windows NT 3.5. Она требует 8-битового (256 цветов) графического адаптера с минимальным разрешением 640х480 (рекомендуется-1024х768), минимум 4 Mb оперативной памяти (рекомендуется. 8 Mb) и процессор 80368 или бо­лее мощный с сопроцессором.

Набор функциональных модулей может изменяться в различных версиях системы, однако базовый состав и группировка модулей по тематическим группам остается примерно одинаковой. Основными груп­пами модулей пакета (до версии 4.0 включительно) являются:

• Управление Проектом (Project Management),
• Ввод Данных (Data Entry),
• Отображение (Визуализация) (Display),
• Управление Атрибутивными Данными (Attribute Data Management),
• Управление Пространственными Данными (Spatial Data Management)
• Географический (Пространственный) Анализ (Geographical/ Spatial Analysis),
• Статистический Анализ (Statistical Analysis),
• Обработка Изображений (Image Processing),
• Периферийные Модули (Peripheral Modules).

В Первую группу (Project Managment) входят модули настройки системных переменных и организации интерфейса пользователя. Все системные настройки в IDRISI задаются в модуле ENVIRON: указание текущих директориев с файлами данных, соглашение о расширениях различных типов файлов данных, указание номеров портов ввода-вы­вода, к которым подключены периферийные устройства, управление цветом сообщений на экране.

Модули IDRISI работают с тремя базовыми типами данных, храня­щимися в системе в виде файлов:

А. растровых изображений (image) с расширением .Img, которые являются основной формой для описания и анализа пространственных объектов и явлений в этой системе;

Б. векторных изображений, используемых для ввода данных в сис­тему с помощью дигитайзера, вывода на бумагу при помощи плоттера или при импорте в другие системы, имеющих стандартные расшире­ния .Vec для файлов данных и .Dvc для файлов документации;

В. атрибутивных значений, описывающих качественные характери­стики пространственных объектов с расширением .Val для файлов зна­чений и. dvi для файлов документации.

Базовой формой представления данных в IDRISI является прямоугольная матрица, содержащая числовые значения, характеризующие величину или код какого-либо пространственного объекта или явления. Элементы матрицы (cell) имеют форму прямоугольника, размеры кото­рого задаются пользователем в момент создания карты. Каждый эле­мент изображения имеет свои координаты в матрице, которые могут меняться при различных картографических операциях. Структура файла .img в формате ASCII имеет вид непрерывной колонки чисел, из кото­рых система создает прямоугольную матрицу при помощи данных, со­держащихся в вспомогательном файле с расширением. doc. В этом файле описаны: количество строк и столбцов матрицы, размеры ячейки, ко­ординатная привязка, заголовок и легенда карты.

Данные всех типов могут преобразовываться в два формата хране­ния: бинарный (binary) и символьный (ASCII). В зависимости от вели­чин значений ячеек растра предусмотрено три типа форматов хране­ния данных:

— Real (4 байта на значение, величины значений до 232);

— Integer (2 байта на значение, интервал значений от -32767 до +32767);

— Byte (1 байт на значение, интервал значений от 0 до 255).

Правильный выбор формата хранения может значительно сокра­тить время обработки данных и дисковое пространство, необходимое для их хранения.

Преобразование внутренних форматов системы производится при помощи модуля CONVERT. Максимальный размер поддерживаемых растровых файлов - 32000 строк на 32000 столбцов.

Ввод данных в IDRISI (группа Data Entry) может осуществляться двумя основными способами: дигитизированием и импортом из других растровых форматов (обычно для данных дистанционного зондирова­ния). К числу недостатков старых версий IDRISI (3.2 и 4.0) относится ограниченное количество драйверов периферийных устройств (плоттеров и дигитайзеров). Однако пользователь имеет возможность (при наличии технической документации на соответствующее аппаратное устройство) самостоятельно разрабатывать такие драйверы и даже комплексные модули для управления периферийными устройствами. Примером такого подхода является модуль для управления дигитайзе­рами серии CalComp 9000 и создания топологических структур вектор­ных данных TOSCA. Модуль позволяет вводить в условной систе­ме координат пространственные данные трех типов: точечные, линей­ные и полигональные, производить поиск ошибок ввода, ручную кор­ректировку. Векторные данные обрабатываются модулем CYCLE для проверки целостности пространственной структуры и конвертируются в растровый формат для последующей визуализации и анализа. Для версии IDRISI 4.1 для DOS этот модуль включается в стандартную по­ставку.

К числу модулей Ввода Данных также относятся POINTRAS, LINERAS, и POLYRAS, предназначенные, соответственно, для преоб­разования точечных, линейных и полигональных векторных данных в растровые. Модуль INTERPOL предназначен для межточечной интер­поляции (методом обратно-квадратичной дистанции) данных типа точ­ка; модуль INTERCOM позволяет производить межконтурную интер­поляцию линейных данных. Обычно модуль INTERCOM используется для получения цифровых моделей рельефа из карт горизонталей.

Визуализация данных в IDRISI (группа Display) производится различными методами: в виде двухмерных карт со стандартными и пользовательскими цветовыми палитрами для отображения значений ячеек растра (до 16 цветовых или черно-белых градаций) - модули COLOR и COLOR_A; в виде цифровых матриц - DISPLAY; в виде трехмерных блокдиаграмм - ORTHO; гистограмм распределения (HISTO) и профи­лей (PROFILE). Возможен вывод на матричные принтеры (до 16 черно-белых градаций) и на некоторые модели плоттеров и лазерных принте­ров.

В блоке модулей Статистического Анализа доступны следующие операции: линейный регрессионный анализ карт и таблиц, автокорре­ляция, кросстабуляция, трендовый анализ, анализ соседства, квадра­тичный анализ, вычисление центра полигонов и их среднего радиуса.

Блок модулей Географического (Пространственного) Анализа содер­жит набор инструментов, объединенных в несколько групп - Database Query, Map Algebra, Distance Operators и Context Operators. Модули, объединенные общим названием Database Query, обеспечивают определение площадей и периметров замкнутых контуров, реклассификацию и оверлейный анализ (модули AREA, PERIM, RECLASS, OVERLAY и др.). Функции картографической алгебры (Map Algebra) объединены в двух модулях - SCALAR и TRANSFOR. SCALAR выполняет операции сложения, вычитания, умножения, деления и возведения в степень значений пикселей изображений с использованием в качестве операн­да постоянного числа.

TRANSFOR выполняет трансформацию изобра­жений с использованием алгебраических и тригонометрических функ­ций - натурального логарифма и натурального антилогарифма, квад­рата и квадратного корня, синуса, косинуса, тангенса и соответствую­щих обратных тригонометрических функций. К числу других функций пространственного анализа (Distance operators) относятся: построение буферных зон вокруг указанных объектов, определение "стоимости" пути, нахождение оптимального пути, определение зон тяготения. Анализ поверхностей и цифровых моделей рельефа (определение ук­лонов, экспозиций и относительной инсоляции, нахождение нижеле­жащих точек на рельефе и определение зон видимости) производится модулями группы Context operators - SURFACE, VIEWSHED, WATRSHED. Большинство функций пространственного анализа IDRISI совместимы с функциями картографической алгебры, разработанными С. Д. Томлином и аналогичными функциями в других ГИС-пакетах (например, MGE PC и PC-RASTER).

В блок модулей Обработки Изображений, под которыми здесь подразумеваются аэро - или космоснимки, сканерные изображения или графические файлы, входят операции выделения цветовых диапазо­нов, фильтрации, кластеризации и т. д. Имеется ряд модулей для им­порта экспорта данных в растровые форматы других пакетов.

В группу Периферийных Модулей в основном объединены программные модули, обеспечивающие анализ и преобразование (конвертацию) файлов данных. В частности, предусмотрена возможность отображения точного содержания любого символьного или бинарного файла, изме­нение байтового порядка целых (типа integer) растровых файлов, а также конвертации файлов IDRISI в форматы ARC/INFO, ERDAS, MAP, DGL, DEM, TIFF, DXF, GRASS, ATLAS*GIS и соответствую­щего обратного преобразования. Здесь же находится модуль NEWMOD, представляющий собой программную оболочку для создания новых мо­дулей, которая поддерживает две версии - на языках PASCAL и BASIC.

В версии пакета 4.1 для DOS и 1.1 для WINDOWS включены два новых, весьма интересных и ценных с прикладной точки зрения, блока модулей. Поддержка Решений (Decision Support) и Анализ Временных Рядов и/или Изменений (Time Series/Change Analysis). Группа Под­держки Решений содержит более десяти программных модулей, в том числе: BAYES, выполняющий анализ входных карт с использованием теоремы Байеса; PCLASS, оценивающий вероятности, с которыми дан­ные ячеек превышают или непревышают определенные пороговые зна­чения, устанавливаемые на основе анализа входных карт; FUZZY, который оценивает данные ячеек как нечеткий (fuzzy) набор значений на основе одной из трех функций - сигмоидальной, j-образной и линей­ной (поддерживаются монотонно возрастающий, монотонно убываю­щий, симметричный и асимметричный варианты); RANDOM, создаю­щий пространственные изображения, соответствующие логлинейной, нормальной и равномерной моделям распределения; RANK, ранжиру­ющий ячейки растрового изображения и ряд других, которые могут использоваться как самостоятельно, так и совместно при оптимизации решений на основе модулей МСЕ - многокритериальной оценки и MOLA - многоцелевого распределения земель, также входящих в данную груп­пу-Блок Анализа Временных Рядов И/или Изменений содержит моду­ли: TSA, выполняющий анализ временных рядов на основе метода глав­ных компонент с возможностью использования до 84 входных карт одновременно; PROFILE, предоставляющий возможность построения временных рядов анализируемой переменной в нескольких (до 15) точках рассматриваемой территории; REGRESS, устанавливающий регрессию между пространственными изображениями, соответствующими разным моментам или интервалам времени; OVERLAY, обеспечивающий возможность анализа изменений с использованием разности или отношения пространственных изображений.

Функциональные возможности пакета включают возможность со­здания специальных командных файлов, при помощи которых возмож­но проводить обработку данных в пакетном виде. В таком файле запи­сан перечень команд - имен модулей, имен файлов данных и вспомога­тельные параметры для конкретной операции.