Контрольная работа - Основи ГИС и технологий

Контрольная работа «Основи ГИС и технологий»

1.  Содержание, понятие ГИС.

2.  История развития ГИС.

3.  Основные возможности ГИС (функции).

4.  Роль ГИС в землеустройстве, ГЗК и управлении земельными ресурсами.

Наиболее современным видом информационных систем, которые используются на сегодня есть географические информационные системы (ГИС).

Существуют много определений ГИС.

«ГИС - это программно технический комплекс, который обеспечивает автоматизированный сбор, обработку и анализ пространственно координированной информации».

«ГИС - это совокупность динамически организованного множества данных, соединенное с множеством моделей, реализованных на ЭВМ для расчетных, картографических и графических преобразований этих данных в пространственную GEO информацию". Проще говоря это карта на которую спроецированы данные (название объектов, места их расположения, сектора, области, границы), т. е. мы можем сказать что ГИС - это карта которую мы видим, например на экране, карту предназначенную для ориентира, сбора, интегрирования, проверки, анализа и представления данных, связанных с пространственными (территориальными) характеристиками Земли».

В наиболее обобщенном виде ГИС состоит из двух баз данных: картографической (графической) и семантической (аналитической, атрибутивной), а также подсистем манипулирования этими данными. Картографическая база данных формируется на основе одной, или несколько электронных карт, которые вводятся в компьютер методом дигитализации (оцифровки), сканирования твердых носителей, или иным способом (координаты точек из клавиатуры компьютера, данные дистанционного зондирования земли и тому подобное).

Семантическая база данных включает текстовые и цифровые записи, таблицы, схемы, рисунки, которые органически связаны с картографической базой данных.

Среди подсистем манипулирования картографическими и семантическими данными можно выделить следующие подсистемы:

- сбору данных

- хранение и выборки данные

- манипулирования данными и их анализа

- выводу данных на печать.

Начало развития ГИС в мире можно отнести до 60-х годов. Одна из первых ГИС была создана в Министерстве лесного хозяйства и сельского развития Канады с целью классификации и нанесения на карту земельных ресурсов. На сегодня ГИС применяются практически во всех отраслях хозяйства: от навигации и до геологии и добывания полезных ископаемых.

У специалистов нет единственной мысли относительно классификации ГИС. Существует несколько классификаций, которые базируются на функциональных возможностях этих систем, на целевом назначении, или на технологических особенностях. По нашему мнению, наиболее универсальной является классификация ГИС за направлениями их использования. Среди главных сфер использования геоинформационных систем можно назвать такие:

- оценка естественных условий и ресурсов;

- геология, добывание полезных ископаемых, навигация;

- метеорология;

- экологические вопросы;

- земельный кадастр и оценка земель;

- бизнес и маркетинг;

- транспорт и инженерная инфраструктура;

- градостроение;

- география;

- военное дело.

Кроме того, за универсальностью применения ГИС можно разделить на узкоотраслевые системы и многофункциональные ГИС. Примером многофункциональной ГИС может быть муниципальная информационная система (МИСС), что создаются для обеспечения комплексным управлением развития города. Традиционно геоинформационные системы, которые создаются и применяются в сфере оценки земель и земельном кадастре, имеют название земельно-информационных систем (ЗИС).

Первые ГИС были просто базами географических данных, которые использовались для хранения первичных документов, самой простой их обработке и составлению общих отчетов. В дальнейшем, в связи с интенсивным развитием вычислительной техники и ростом потребностей со стороны разных классов пользователей в работе с электронными картами, ГИС - технологии пережили мощный толчок в развитии.

На сегодняшний день любая создана ГИС включает следующие компоненты:

- программное обеспечение;

- картографические и семантические данные;

- техническое обеспечение (компьютер, периферийное оборудование);

Основной составляющей современной ГИС даны (до 80% ее общей стоимости). Частица программного и технического обеспечения составляет лишь до 20% общей стоимости ГИС.

В Украине геоинформационные системы и технологии, связанные с их использованием, активно начинаются лишь в конце 80-х - в начале 90-х годов прошлого века, который объективно был связан с выполнением таких работ, как экономическая оценка городских земель и городской кадастр. Можно выделить три этапа развития ГИС в Украине.

1. Пионерний (конец 80-х годов - в 1993 г.). Активное создаются украинские программные средства, которые использовали в основном простую техническую базу (персональные компьютеры класса DХ286-386, робота под МS DOS) и ориентированные на локальных пользователей. Полноценными ГИС эти программы назвать нельзя. В то же время работы, которые выполнялись на данном этапе, сыграли важную роль в подготовке общественного сознания к самому факту внедрения ГИС в разные хозяйственные сферы.

2. Переходный (1993-1995рр.). Начало проникновения в Украину лицензированных зарубежных продуктов фирм ESRI, INTERGRAPH, МарІNFO, AutoDesk. Значительное повышается техническая база (персональные компьютеры DХ486 и Реntium, частично рабочие станции, работа в среде Windows). Круг пользователей ГИС расширяется.

3. Производственный (с 1995 года и доныне) .Активно формируется рынок ГИС та их пользователей. Появляются сетевые варианты работы из ГИС, используются Interneth - и Internath-технологии. Большинство украинских программ через их низкую конкурентоспособность, к сожалению, всходят из арены.

Любая создаваемая ГИС имеет в основе электронную карту. Существует два основных пути создания электронной карты в ГИС — векторный и растровый.

При векторизировании (оцифровке) карт используется дигитайзер. Он является своего рода родственником широко распространенного графического манипулятора - мыши, которую пользователь может свободно перемещать по практически любой поверхности. Для увеличения точности подобного устройства в дигитайзере используется электронная сетка на его столике. К столику присоединено подобное мыши устройство, названое курсором, которое перемещается по столу в разные положения на карте, которая к этому столу прикреплена. Курсор имеет перекресток, нанесенный на прозрачную пластинку, которое позволяет оператору фиксировать его точно на отдельных элементах карты. Современные дигитайзеры могут обеспечить расширение до 0,03 мм с общей точностью, которая приближается до 0.08 мм на площади 1x1,5 метры. Факторы, которые определяют выбор дигитайзера, включают стабильность, отображаемость, линейность, расширение и перекос.

Автоматизированы дигитайзеры, или дигитайзеры с отслеживанием линий имеют устройство, подобное головке оптического считывания проигрывателя компакт-дисков (рис. 1). Она фиксируется на выбранной пользователем линии и самостоятельно двигаясь вдоль нее, передает координаты точек линии в компьютер. Эти устройства требуют постоянного участия оператора.

Векторный путь создания электронной карты имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам относится:

- создание объектно-ориентированной электронной картографической модели;

- компактность полученной электронной карты (картографическая база по объему в десятки и сотни раз более малая от соответствующей базы, полученной растровым путем).

Главными недостатками векторного пути считаются:

- длинные сроки создания векторной карты;

- высокая стоимость.

Другой путь создания электронных карт - растровый. Для сканирования бумажных карт широкого распространения приобрели растровые сканеры. Они позволяют вводить растровое изображение карты в компьютер без вмешательства оператора. Существуют как цветные, так и черно-белые сканеры, которые разделяются по способу введения информации на ручных, роликовых (с "протяжкою" письма), планшетных и барабанных (рис.2).

Наиболее современной (и, соответственно, наиболее дорогой) является категория так называемых фотограмметрических сканеров. Для них характерны очень высокая точность и стабильность, которые должны регулярно подтверждаться процедурами калибрования.

Отдельным путем создания электронных карт является использования данные дистанционного зондирования земли, то есть, применение непрямых средств (датчиков, которые значительно удалены от объектов, которые изучаются).

До дистанционного зондирования относятся аэрофотосъемка и спутниковое зондирование (космическая съемка). Применение спутников привело за последние годы к широкому использованию приборов GРS (Global Position Systen - глобальная система позиционирования), которые позволяют с высокой точностью определять координаты на местности и вводить их к ГИС.

С вопросом использования приборов дистанционного зондирования земли тесно связан вопрос обновления картографических материалов путем использования данных спутниковой съемки.

Ввод-вывод на орбиту коммерческих спутников высокого розрішення открыл для широкого круга украинских пользователей доступ к уникальным данным изображения Земли, созданным на борту космического аппарата и переданного на Землю в цифровом виде.

Первый в мире коммерческий спутник метрового расширения IKONOS (координатор проекта и главный заказчик данных - корпорация Sрасе Imaging, Денвер, Колорадо, США) с метровым панхроматическим и четырехметровым мультиспектральным сенсорами был запущен 24 сентября 1999 года. За пять лет работы на 680-километровой околоземной орбите ІКОNOS собрал огромный архив изображений Земли и до сих пор считается непревзойденным по точности полученных данных.

18 октября 2001р. из авиабазы Ванденберг (Калифорния, США) успешно стартовал ракетоноситель Дельта-11, который вывел на 450-километровую орбиту новый коммерческий спутник (QuickBird (проект корпорации DigitalGlobe, Лонгмонт, Колорадо, США). Снимки QuickBird имеют наивысшую в мире пространственную разрешающую способность 0,6-0,7 м панхроматического изображения (длина волны 0,450-0,90) и 2,4 м мультиспектрального изображения. Мультиспектральное изображения состоит из четырех каналов в синем (0,45—0,520 мкм), зеленом (0,52—0,60 мкм), красном (0,63—0,69 мкм) и инфракрасном (0,76—0,90 мкм) спектральных диапазонах.

Космические снимки QuickBird пригодны для идентификации объектов размером к одному метру, который дает возможность обновлять картографические материалы масштаба до 1:1000. Интеграция космического снимку с векторными тематическими слоями в единственной ГИС дает возможность для создания векторно-растрового картографического материала. Использование снимку в виде топоосновы вместе с описательной и атрибутивной информацией векторных слоев позволяет проводить быструю идентификацию объектов на снимке, делать поисковые запросы, проводить разные виды ГИС - анализа.

Получен продукт - это не просто изображение земли, а основа для создания и анализа и обновления картографического материала. Пример векторизированного изображения, полученного за материалами спутниковой съемки IKONOS, выполненной в 2002 году, показанный на рис. 3. Хорошо видно не совпадение контуров многоэтажной жилищной застройки и даже отсутствие отдельных зданий, изображенных на топографической съемке 80-х годов, что подложенная под оцифрованный снимок.

"Сердцем" географической информационной системы является пространственный анализ, собственно тем, ради чего создается и существует ГИС. В денежной оценке земель пространственный анализ применяется на всех стадиях разработки проекта: при анализе и обработке выходных данных, моделировании процессов, подготовке картографических чертежей и тому подобное. Рассмотрим основные виды пространственного анализа.

Оверлейный анализ. Применяется для создания и анализа производных слоев или поверхностей при наложении двух, или нескольких рдел объектов. Пример: необходимо определить площадь одноэтажных домов, которые попадают в санитарно-защитные зоны от вредных промышленных объектов в пределах отдельных оценочных районов. С помощью электронной цифровой карты, созданной методом дигитализации бумажного носителя, выделяются следующие слои объектов: оценочные районы, санитарно-защитные зоны, одноэтажные дома. Последовательное наложение слоев домов и санитарных зон на слой оценочных районов дает возможность получить новый слой (дома в санитарной зоне), который четко дилимитируются в пределах каждого оценочного района. После этого создается возможность обсчета площади всех домов, которые попали в санитарно-защитные зоны в разрезе каждого оценочного района.

Буферный анализ Одним из распространенных методов пространственного анализа, который применяют в ГИС, есть построение буферов. Буфер - это полигон с границей на определенном расстоянии от точки, линии или границ области покрытия. Буферизация широко используется при создании ГИС.

Различают буфер точечного объекта (строится заданным расстоянием от точки), буфер линейного объекта (строится от линии) и многослойный буфер (буферные зоны откладываются друг вокруг друга.). Типичным примером буферного анализа является создание картограммы транспортной доступности, когда методом построения линейного буфера осуществляется пространственный анализ 1-часовой, или 2-часовой доступности от транспортных магистралей. В случае наложения зон доступности от магистралей на зоны доступности от центроидов оценочных районов мы получаем многослойный буфер.

Сетевой анализ. Сетевой анализ применяется с целью оптимизации транспортных маршрутов, или трасс прокладки инженерных коммуникаций и может эффективно быть использован в экономико-планировочном зонировании территории населенного пункта. Как правило, элементы сетевого анализа входят в состав комплексных ГИС, связанных с оценкой городских территорий.

Тримерний анализ. Является одним из наиболее распространенных видов пространственного анализа. Применяется для построения трехмерных моделей. Примером построения тримерной поверхности может быть модель рельефа города, которая создается с помощью цифровой карты рельефа (изолинии) и возможностей программных средств (3D Analysys). Широкое приложение трехмерный анализ приобрел за последние годы для интерполяции результатов расчетов экспертной и нормативной оценки 1 м2 земель.

Применение методов пространственного анализа значительно повышает качество определения стоимости городских территорий и их денежной оценки. Рассмотрим основные направления его приложения.

Автоматизирован сбор, обработка и анализ выходных данных.

Использования электронных карт и методов пространственного анализа ГИС позволяют значительно ускорить на повысить качество сбора и обработки исходные

данных денежной оценки. На сегодняшний день в подавляющем большинстве проектов нормативной денежной оценки земель (как населенных пунктов, так и земель сельскохозяйственного назначения) применяются лишь отдельные элементы ГИС-технологий. Но даже они создали благоприятную возможность для перевода этих работ на качественно новые рельсы.

Преимущества применения ГИС в сборе, обработке и анализа выходных данных можно увидеть на примере двух проектов, которые выполнялись в институте "Дипромисто" с применением ГИС -технологий и без них (брались похожие за всеми параметрами города) (табл. 1.).

Таблица 1 Сравнения проектов, что выполнялись с и без использования ГИС

Как видим, преимущества использования ГИС -технологий здесь очевидны.

ГИС в землеустройстве.

В настоящий момент остро стоит проблема создания и ведения земельного и других видов кадастра, которые являются основой экономической оценки государственных ресурсов и учета их использования. Известно, что в выполнении этих работ лучшим средством является применение ГИС-технологий, причем не на одном каком-либо этапе, а на протяжении всей технологическом цепочки от сбора первичных материалов и до создания конечной системы.

Главной и основополагающей задачей является получения качественного картографического материала. На поверхности Земли не может быть территории, которая никому не принадлежит. Использование традиционных технологий (бумажных) не дает возможности представить в целом покрытие всей территории, поэтому не возможно утверждать, что все земли полностью и всецело учтены. Традиционно геодезическая съемка и планы землепользования создавались на определенную территорию и никогда не подвергались компьютерной обработке. Поэтому при внесении этой информации в компьютер возникают проблемы точности, несоответствия и увязки между территориальными единицами. Очень часто при внесении в компьютер координат поворотных точек внешних границ промеру между ними, записанные в технических отчетах не совпадает с теми, что вычисляет компьютер. Здесь мы имеем дело с влиянием «человеческого фактора». Не точное определение промеров линий влечет за собой ошибки в вычислении площадей. Даже при правильной и точно произведенной съемке ошибки возникают в процессе создания графических материалов (нанесение на лавсан). Т. к. все контуры внутри хозяйства взаимосвязаны между собой, то неправильное нанесение хотя бы одной линии влечет за собой искажение смежных областей карты. При создании цифровой карты по таким материалам возникают большие искажения со сдвигом 10-20 м, относительно истинного расположения контуров на местности. При переводе имеющихся картографических материалов в цифровой вид ошибка в плане составляет до 30 м и происходит сдвиг контуров и их вращение на произвольный угол. Почвенные карты, которые есть сегодня, имеют качество и точность еще хуже.

Поэтому, использовать имеющиеся картографические землеустроительные материалы можно с большой натяжкой и только в виде землеустроительных схем. Для получения реальной картины приходится делать полную геодезическую съемку, что занимает много времени и средств. Во многих случаях отсутствуют пункты государственной геодезической сети, что приводит к необходимости создания собственной опорной сети и не на одну административную единицу, а на довольно большую территорию, что экономически более выгодно с применением ГИС – технологий, в т. ч. GPS систем. Наилучшим выходом из сложившийся ситуации явилось бы применение аэрофотопланов на жесткой основе в качестве опорной подложки при создании цифровой карты с их привязкой к реальным координатам. В этом случае возникаем возможность натяжения имеющихся землеустроительных материалов на жесткий пространственный каркас, которым служит аэрофотоплан. На территориях со сложным рельефом местности, который необходимо учитывать при проведении землеустроительных работ, желательно применение крупномасштабных топографических карт и стерео фотоснимков для построения рельефа местности. При применении закоординированных аэрофотопланов и данных GPS съемок вединый координатной системе, возникает возможность получения наиболее тояных данных, т. е. на фотопланы подгружаются данные съемок. При таком подходе значительно уменьшаются объемы полевых работ, материальные затраты и существенно повышает точность. К сожалению преградой этому служит секретность материалов, что приводит невозможности их использования большинством организаций. Для получения наилучших результатов желательно использовать GPS в сочетании с электронными тахеометрами и портативными компьютерами. Данные полученные в процессе съемки, геодезист имеет возможность обрабатывать непосредственно в поле и устранять возникшие ошибки и невязки, т. е. проводить камеральные работы в тесном контакте с объектом съемки. Этот способ наиболее экономически оправдан, особенно при проведении мелкомаштабной съемки и на большом удалении от офиса. Так же важно, что полученные данные можно экспортировать непосредственно в систему обработки, оперативно использовать для построения и корректировки цифровой модели местности и если это необходимо цифровой модели рельефа. для построения и корректировки цифровой модели местности и если это необходимо цифровой модели рельефа.

Создание цифровой карты.

Кадастровая карта является картографическим компонентом информационной основы земельного кадастра и предназначена для наглядного отражения результатов инвентаризации земель, определения местоположения земельных участков, их границ и площади. Она используется как основа для последующего ведения дежурно-кадастровой карты, а также как инструмент управления земельными ресурсами (контроль за использованием, организация конкурсов и аукционов, принятие решений по выделению земельных участков и т. п.).

Выполнение денежной оценки земель с применением методов пространственного анализа ГІС.

Применение методов пространственного анализа дает широкие возможности разработчику оценки. Кроме общеизвестных операций, таких, как обсчет площадей объектов, их длин и периметру, важным является использование оверлейного и буферного анализа для определения плотности распространения отдельных факторов оценки; построение картограмм и картодиаграмм при определении интегральных индексов качества территории; применение метода ізоліній при интерполяции результатов оценки отдельных земельных участков.

Определение денежной оценки отдельного земельного участка. Поиск, сортировка и выборка результатов денежной оценки отдельных земельных участков.

Одним из важнейших заданий использования геоинформационных технологий в оценке земель е возможность компьютеризованного обсчета денежной оценки заданного земельного участка. В случае использования автоматизированной системы государственного земельного кадастра определения денежной оценки земельного участка значительно облегчается, поскольку мы должны возможность использовать кадастровую информацию.

Результатом использования ГИС денежной оценки земель населенного пункта является:

- получение информации о денежной оценке всей территории населенного пункта;

- определение денежной оценки в любой точке (то есть оценка 1 м2) с перечнем локальных факторов, которые формируют оценку земельного участка;

- определение денежной оценки произвольного полигона с учетом взаимного расположения полигона и локальных факторов;

- определение денежной оценки земельных участков с хранением информации в базе данных и возможностью получения отчета о денежной оценке.

Важное значение приобретает возможность использования ГИС при анализе данных относительно экспертной денежной оценки земельных участков в режиме «клиент-сервер». При этом поиск может вестись как через графическую базу данных (что это за участок?), так и через семантическую базу данных (где находится участок определенного владельца, или по определенному адресу).

Другим путем использование ГИС в экспертной оценке является возможностью... создание поля рыночной стоимости земельных участков для населенного пункта и, определение ориентировочной цены земельного участка в любой точке поля методом экстраполяции.

Подготовка и распечатывание результатов денежной оценки через применение периферийного оборудования (принтеры и плотеры).

ГИС-технологии позволяют готовить не только текстовые отчеты о денежной оценке отдельного земельного участка, но и тематические картографические материалы и тиражировать их в твердые копии. Форма справки относительно нормативной денежной оценки земельного участка представлена в дополнениях.

Для выведения картографического изображения из ГИС и получения бумажной копии применяются разные устройства. Наиболее распространенными среди них являются принтеры и плотеры. Они различаются между собой форматом исходного изображения (А4, АЗ, А2, А1, АО), а также средством создания отображения (матричные, струйные, лазерные) и цветом изображения (черно-белые, цветные). Наиболее удобным средством получения качественной копии является цветной широкоформатный плотер формата АО, или А1.

ИСТОЧНИКИ:

1. Методичні основи грошової оцінки земель в Україні: Навчальний посібник Дехтяренко Ю. Ф., Лихогруд М. Г., Манцкевич Ю. М., Палеха Ю. М. – К. Профі, 2007. -624ст., 8іл.