Краткое введение в ГИС - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора Тим Саттон (Часть 1: Введение в ГИС) #3

Часть 1: Введение в ГИС

Цель: Понимание, что такое ГИС и для чего они используются.

Ключевые слова: ГИС, Компьютер, Карты, Данные, Информационные системы, Пространство, Анализ

Обзор

Подобно тому, как мы пользуемся текстовым редактором для работы с наборами слов и подготовки документов, мы можем использовать ГИС-приложение для работы с наборами пространственной информации на компьютере. ГИС расшифровывается как «Географическая Информационная Система». Любая ГИС состоит из следующих взаимосвязанных компонентов:

Цифровые данные — географическая информация, которую Вы просматриваете и анализируете, используя аппаратное и программное обеспечение.

Аппаратное обеспечение — компьютеры, используемые для хранения, отображения и обработки данных.

Программное обеспечение — компьютерные программы, исполняемые на аппаратном обеспечении и позволяющие работать с цифровыми данными. Программное обеспечение, являющееся частью геоинформационной системы, называется ГИС-приложением.

С ГИС-приложением Вы можете открывать цифровые карты на своем компьютере, создавать новую пространственную информацию и добавлять ее на карту, подготавливать карты для печати, отвечающие Вашим потребностям, и выполнять пространственный анализ.

Ниже приведен простой пример использования ГИС. Представьте, что предприятие здравоохранения отметило место проживания и дату визита для каждого проходящего лечение пациента:

Долгота	Широта	Болезнь	Дата
26.870436	-31.909519	Грипп	13/12/2008
26.868682	-31.909259	Грипп	24/12/2008
26.867707	-31.910494	Грипп	22/01/2009
26.854908	-31.920759	Корь	11/01/2009
26.855817	-31.921929	Корь	26/01/2009
26.852764	-31.921929	Корь	10/02/2009
26.854778	-31.925112	Корь	22/02/2009
26.869072	-31.911988	Грипп	02/02/2009
26.863354	-31.916406	Ветряная оспа	26/02/2009

Из таблицы видно, что случаи кори приходятся на январь и февраль. Местоположение дома каждого пациента отмечено в таблице в виде широты и долготы. Используя эти данные в ГИС-приложении, мы можем быстро узнать больше деталей о закономерностях распространения болезни:

^{Рисунок 1: Пример, показывающий записи о пациентах в ГИС-приложении. Легко увидеть, что пациенты, больные корью, живут близко друг от друга.}

Подробнее о ГИС

ГИС — это относительно новая область знаний, берущая свое начало в 1970-х годах. Раньше компьютеризированные системы были доступны только для крупных компаний и университетов, располагающих дорогостоящим оборудованием. Сегодня любой обладатель персонального компьютера или ноутбука может пользоваться ГИС-приложениями. Со временем ГИС-приложения также стали более простыми в использовании — раньше требовалось длительное обучение, а теперь любой человек может приступить к использованию ГИС для повседневных нужд. Как описано выше, ГИС — это больше, чем просто программное обеспечение, они охватывают все аспекты управления и использования цифровых геоданных. В предложенном руководстве мы будем говорить главным образом о ГИС-приложениях.

Что такое ГИС-приложение (программное обеспечение)?

Вы можете видеть пример того, как выглядит ГИС-приложение, выше на Рисунке 1. ГИС-приложения — это компьютерные программы с графическим пользовательским интерфейсом, управляемым мышью и клавиатурой. Приложение содержит главное меню в верхней части окна («Файл», «Редактирование» и др.), которое при нажатии мышью показывает соответствующие командные панели. Команды предоставляют возможность сообщить ГИС-приложению, что именно Вы хотите сделать. Например, Вы можете использовать меню для отправки команды на добавление нового слоя в список отображения.

^{Рисунок 2: Меню приложения, открываемое мышью, показывает набор опций, каждая из которых является выполняемой командой.}

Панели инструментов (ряды небольших иконок с командами, которые могут быть запущены кликом мыши) обычно располагаются прямо под главным меню и предоставляют быстрый доступ к наиболее часто используемым функциям.

^{Рисунок 3: Панели инструментов обеспечивают быстрый доступ к часто используемым функциям. Наведение указателя на иконку обычно вызывает всплывающую подсказку с описанием соответствующей функции.}

Часто используемая функция ГИС-приложения — отображение картографических слоев. Картографические слои хранятся в виде файлов на диске или внутри базы данных. Обычно каждый картографический слой соответствует конкретным объектам реального мира, например слой дорог показывает дорожную сеть.

Когда Вы открываете слой в ГИС-приложении, он появляется в области карты.

Область карты показывает графическое представление Вашего слоя. Когда Вы добавляете более одного слоя на карту, слои накладываются друг на друга. Рисунки 4÷7 показывают карту, имеющую несколько добавленных слоев. Важная функция карты — навигация, включающая увеличение, уменьшение и передвигание карты.

^{Рисунок 4: Слой городов, добавленный на карту.}

^{Рисунок 5: Слой школ, добавленный на карту.}

^{Рисунок 6: Слой железных дорог, добавленный на карту.}

^{Рисунок 7: Слой рек, добавленный на карту.}

В отличие от бумажных карт, карты, открытые в ГИС-приложениях, могут быть изменены после их создания. Вы можете менять форму и цвет условных обозначений картографических слоев. Например, если мы возьмем карту из Рисунка 7 и изменим ее условные обозначения, это полностью поменяет ее внешний вид, как показано на Рисунке 8. Условные обозначения играют важную роль в том, как мы читаем карты, и они быстро и просто меняются в ГИС-приложении.

^{Рисунок 8: В ГИС-приложении легко можно изменять символику — способ отображения данных на карте.}

Другая распространенная функция ГИС-приложений — это легенда карты. Легенда карты содержит список картографических слоев, загруженных в ГИС-приложение. В отличие от легенды бумажной карты, легенда в ГИС-приложении предоставляет возможность менять порядок слоев, скрывать их и создавать группы слоев. Перетаскивания слои мышью, можно изменить порядок их прорисовки на электронной карте. На Рисунках 9 и 10 легенда карты показана в левой части окна ГИС-приложения. После изменения порядка слоев реки отображаются поверх дорог, а не наоборот.

^{Рисунок 9: Перед изменением порядка слоев реки перекрываются дорогами.}

^{Рисунок 10: После изменения порядка слоев реки отображаются поверх дорог.}

Установка ГИС-приложения на Ваш компьютер

Существует множество ГИС-приложений. Некоторые включают продвинутые узкоспециализированные инструменты и стоят десятки тысяч долларов за каждую лицензию. В то же время, существует ряд бесплатных ГИС-приложений. Выбор приложения зависит от того, какими финансами Вы располагаете, и от Ваших личных предпочтений. В контексте данного руководства используется приложение Quantum GIS, также известное как QGIS. Программа Quantum GIS абсолютно бесплатна, Вы можете копировать ее и предоставлять стольким людям, скольким пожелаете. Если Вы получили это руководство в печатной форме, к нему должна прилагаться копия QGIS. В ином случае, Вы можете посетить Интернет-страницу http://qgis.org и загрузить бесплатную копию.

Геоданные

Теперь мы знаем, что такое ГИС и ГИС-приложения, поговорим о геоданных. Данные — это определенная информация. Информация, которую мы используем в ГИС, обычно имеет географическую (пространственную) привязку. Вспомните вышеупомянутый пример данных предприятия здравоохранения. Для хранения записей о пациентах создана таблица следующего вида:

Долгота	Широта	Болезнь	Дата
26.870436	-31.909519	Грипп	13/12/2008

Колонки долготы и широты содержат географические (пространственные) данные. Название болезни и дата являются непространственными данными. Распространенная функция ГИС — установление связи между первыми и вторыми. В сущности, ГИС-приложение может хранить множество сведений о каждом местоположении, в отличие от бумажной карты, возможности которой ограничены. Например, в рассматриваемую таблицу можно без труда вносить также пол и возраст пациентов. Добавив слой местоположений пациентов в ГИС-приложение, Вы можете задать его отображение так, что оно будет основано на возрасте или типе болезни, или на другом свойстве пациента по Вашему желанию, в то время как бумажная карта будет показывать только одно свойство. Таким образом, с ГИС-приложением мы можем изменить внешний вид своей карты, основываясь на непространственной информации, сопутствующей конкретным местоположениям.

ГИС-системы работают с многочисленными типами данных. Векторные данные хранятся в памяти компьютера в виде последовательностей координатных пар (X,Y). Векторные данные используются для представления точек, линий и областей (полигонов). На рисунке 11 показаны различные типы векторных данных, открытые в ГИС-приложении. Векторные данные будут более подробно рассмотрены в последующем содержании данного руководства.

^{Рисунок 11: Векторные данные используются для представления точек (города), линий (реки) и полигонов (границы районов).}

Растровые данные хранятся в виде сетки значений. Многочисленные спутники пролетают по околоземным орбитам, и создаваемые ими фотографии являются растровыми изображениями, которые можно просматривать в ГИС-приложении. Одно из основных видимых отличий растровых данных от векторных состоит в том, что когда Вы приближаете растровое изображение слишком близко, оно состоит из квадратов (см. Рисунки 12 и 13). Каждый из этих квадратов — отдельная клетка в сетке данных, составляющей растровое изображение. Растровые данные будут более подробно рассмотрены в последующем содержании данного руководства.

^{Рисунок 12: Спутниковый снимок — типичный пример растровых данных. На этом снимке изображены горы.}

^{Рисунок 13: Те же самые данные, но на этот раз в большем приближении. Видна сеточная структура изображения.}

Что мы узнали?

Закрепим изученный материал:

•ГИС — это система из аппаратного и программного обеспечения и геоданных.

•ГИС-приложение позволяет Вам просматривать геоданные и является важной частью ГИС.

•ГИС-приложение обычно включает главное меню, панели инструментов, область карты и легенду.

•Географические данные, используемые в ГИС-приложении, бывают растровые и векторные.

•Географические данные могут быть объединены с непространственными данными.

Попробуйте сами!

Ниже приведено несколько примеров практических заданий для Ваших учеников:

•Опишите понятие ГИС своим ученикам, как сделано в данном руководстве. Попросите их назвать 3 причины, по которым использование ГИС более удобно по сравнению с бумажными картами. Ниже приведены примеры ответов:

•ГИС-приложение позволяет создавать множество различных карт на основе одних и тех же данных;

•ГИС — это отличный инструмент визуализации, который позволяет посмотреть на Вашу карту в разных масштабах; Бумажные карты требуют длительной работы по созданию, и даже их просмотр занимает много времени.

•ГИС может хранить очень большие объемы данных и делает процесс поиска нужных местоположений простым и быстрым.

•Подумайте, как используются растровые данных из спутников. Например:

•Во время природных катастроф растровые данные могут отображать пострадавшие территории. Например, свежий спутниковый снимок, сделанный во время наводнения, помогает найти людей, чьи дома ушли под воду.

•Иногда люди причиняют вред окружающей среде, например складируют опасные химикаты, убивающие растения и животных. Используя данные со спутников, мы можем отслеживать подобные проблемы.

•Службы городского планирования используют растровые данные со спутников, чтобы обнаружить новые постройки, и помочь в планировании инфраструктуры.

Если у Вас нет компьютера

Многие темы, затрагиваемые в данном руководстве, можно наглядно показать с помощью проекционного аппарата и прозрачной пленки, т. к. они изображают похожее наложение слоев с информацией. Тем не менее, правильное понимание ГИС всегда достигается лучше с использованием компьютера.

Дополнительные материалы

Книга:

•Desktop GIS: Mapping the Planet with Open Source Tools. Gary Sherman. ISBN: 9781934356067

Веб-сайт:

http://www.gisdevelopment.net/tutorials/tuman006.htm

Руководство Пользователя QGIS также содержит более полную информацию о работе с QGIS.

Что дальше?

В следующих разделах мы более подробно покажем, как пользоваться ГИС-приложением. Все руководство основано на приложении QGIS. Давайте рассмотрим векторные данные.