Краткое введение в ГИС

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.

Часть 2: Векторные данные

Цель: Понимание векторных данных и их использования в ГИС.

Ключевые слова: Вектор, Точка, Полилиния, Полигон, Вершина, Геометрия, Масштаб, Качество Данных, Условные Обозначения, Источник Данных.

Обзор

Векторные данные являются способом представления объектов реального мира в среде ГИС. Объект — это все, что Вы можете увидеть на ландшафте. Представьте себе, что Вы стоите на вершине холма. Глядя вниз, Вы различаете дома, дороги, деревья, реки и т. д. (см. Рисунок 14). Все это объекты, которые можно представить в ГИС-приложении. Векторные объекты имеют атрибуты, состоящие из текстовой и числовой информации, описывающей каждый объект.

Рисунок 14: Глядя на пейзаж, Вы можете различить основные объекты, такие как дома, дороги и деревья.

Векторный объект имеет форму, записанную в виде геометрии. Геометрия состоит из одной или большего числа связанных вершин. Вершина описывает позицию в пространстве, используя оси X, Y и (возможно) Z. Геометрии, которые включают вертикальную ось Z, часто называются 2.5D, т. к. они описывают только высоту или только глубину каждой вершины, но не оба параметра одновременно.

Если геометрия объекта состоит из единственной вершины, этот объект называется точечным (см. Рисунок 15 ниже). Когда геометрия состоит из двух и более вершин, формируется полилиния (см. Рисунок 16). Если первая вершина равна последней и вершин четыре и более, они составляют замкнутый полигон (см. Рисунок 17).

Рисунок 15: Точечный объект, описываемый координатами X, Y и (возможно) Z. Атрибуты описывают каждую точку.

Рисунок 16: Полилиния — это последовательность связанных вершин. Каждая вершина имеет координаты X, Y и (возможно) Z. Атрибуты описывают каждую полилинию.

Рисунок 17: Полигон, как и полилиния, является последовательностью вершин. При этом, первая и последняя вершины всегда совпадают.

Взглянув на фотографию ландшафта еще раз, Вы сможете увидеть различные типы объектов в том виде, в каком их можно представить в геоинформационной системе (см. Рисунок 18).

Рисунок 18: Представления объектов ландшафта в геоинформационной системе. Реки (синий цвет) и дороги (зеленый) могут быть представлены как линии, деревья (красный) как точки, а дома — как полигоны (белый).

Подробнее о точечных объектах

Первая вещь, которую надо отметить, говоря о точках, — это условность выбора точечного представления объекта и его зависимость от масштаба. В качестве примера рассмотрим города. Если у Вас мелкомасштабная карта (т. е. она покрывает большую площадь), целесообразно будет представить города в виде точек. Тем не менее, в случае увеличения масштаба (приближения) лучше показать границы городов в виде полигонов. При выборе точек для представления объектов необходимо руководствоваться масштабом карты (как мелко показаны объекты), удобством (проще и быстрее поставить точку, нежели нарисовать полигон) и типом объектов (такие объекты, как телефонные столбы, не имеет смысла представлять в виде полигонов даже в крупном масштабе).

Как показано на Рисунке 15, точечный объект имеет значения X, Y и (возможно) Z. Значения X и Y зависят от используемой системы координат (СК). Координатные системы будут рассмотрены более подробно в дальнейшем содержании руководства. На данный момент уточним, что СК используются для указания конкретных местоположений на поверхности Земли. Одна из наиболее распространенных координатных систем — географическая, состоящая из долготы и широты. Линии долготы (меридианы) пролегают от Северного до Южного полюса. Линии широты (параллели) идут с Запада на Восток. Вы можете точно описать свое местонахождение за Земле с помощью значений долготы (X) и широты (Y). Если Вы сделаете соответствующее измерение для дерева или телефонного столба и отметите его на карте, Вы создадите точечный объект. Так как мы знаем, что поверхность Земли не является плоской, часто бывает полезно добавить значение Z для каждой точки. Оно показывает, насколько высоко точка находится над уровнем моря.

Подробнее о полилиниях