- •Оглавление
- •Введение
- •1.1. Определения и задачи геоинформатики
- •1.2.1. Определение и толкование базовых понятий геоинформатики
- •1.3. Общее представление о ГИС
- •1.4. Основные этапы развития ГИС
- •1.5. География и ГИС
- •2.1. Типы и источники пространственных данных
- •2.2. Проектирование географических баз данных
- •2.2.1. Требования к базе данных
- •2.2.2. Этапы проектирования базы данных
- •2.3. Представление пространственных объектов в БД
- •2.3.1. Выбор модели пространственной информации
- •2.3.2. Особенности представления пространственных объектов в БД
- •2.3.3. Позиционная и семантическая составляющие данных
- •2.4. Системы управления базами данных в ГИС
- •2.4.1. Функции СУБД
- •2.4.2. Задачи и функции СУБД в ГИС
- •2.4.3. Базовые понятия реляционных баз данных
- •2.4.4. Язык реляционных баз данных SQL — функции и основные возможности
- •2.4.5. Объектно-ориентированные и реляционные структуры БД
- •2.4.6. СУБД в архитектуре «клиент-сервер»
- •2.5. Организация и форматы данных
- •2.6. Качество данных и контроль ошибок
- •2.6.1. Типы ошибок в данных и их источники
- •2.6.2. Позиционная точность данных
- •3.1. Требования к техническому и программному обеспечению ГИС
- •3.3. Характеристика технических средств ГИС
- •3.4. Технологии ввода графической информации
- •3.5. Преобразования форматов данных
- •3.7. Общая характеристика программных коммерческих ГИС-пакетов
- •4.1.1. Пространственная привязка данных и преобразование проекций
- •4.1.2. Алгоритмы трансформирования геоизображений
- •4.1.3. Определение координат контрольных точек
- •4.1.4. Оценка ошибок трансформирования
- •4.2. Дискретная географическая привязка данных
- •4.3. Операции с данными в векторном формате
- •4.3.1. Представление пространственных объектов и взаимосвязей
- •4.3.2. Алгоритмы определения пересечения линий
- •4.3.3. Способы вычисления длин линий, периметров и площадей полигонов
- •4.3.4. Алгоритм «точка в полигоне»
- •4.3.5. ГИС-технологии пространственного анализа
- •4.3.6. Операции оверлея полигонов
- •4.4. Хранение и преобразование растровых данных
- •4.4.1. Кодирование и сжатие информации
- •4.4.2. Иерархические структуры данных. Дерево квадрантов
- •4.4.3. Операции с растровыми слоями БД
- •4.4.4. Технологии анализа данных, основанные на ячейках растра
- •4.5. ГИС-технологии совмещения и оценки пригодности данных
- •5.1. Методы пространственного анализа
- •5.1.1. Классификация объектов путем группировки значений их признака
- •5.1.2. Методы интеграции признаков для исследования взаимосвязей и классификации объектов
- •5.1.3. Исследование взаимосвязей объектов с использованием операций оверлея слоев
- •5.1.4. Выбор объектов по пространственным критериям. Построение запросов
- •5.1.5. Анализ сетей
- •5.1.6. Тематическое согласование слоев
- •5.2. Методы пространственного моделирования
- •5.2.2. Подготовка исходных данных для создания модели
- •5.2.3. Интерполяция по дискретно расположенным точкам
- •5.2.4. Построение статистических поверхностей
- •5.2.5. Определение местоположения и оптимального размещения объектов
- •5.2.6. Моделирование пространственных распределений
- •5.2.7. Интерполяция по ареалам
- •5.3. Применение пространственных моделей
- •5.4. Обеспечение принятия пространственных решений
- •5.4.1. Методы обеспечения поддержки принятия решений
- •5.4.2. Понятия нечетких географических объектов и нечетких множеств
- •5.4.3. Экспертные подсистемы ГИС
- •6.1. Разработка ГИС-проекта
- •6.2. Общие вопросы проектирования базы данных ГИС
- •6.3. Учет особенностей моделей данных и функциональных средств ГИС
- •Глава 7. Задачи и методы геоинформационного картографирования
- •7.1. Определения, особенности и задачи геоинформационного картографирования
- •7.2. Основные этапы развития методов и средств автоматизации в картографии
- •7.3. Географические основы ГК
- •7.4. Структура системы геоинформационного картографирования
- •7.5.1. Задачи проектирования картографических БД
- •7.5.2. Качество цифровых карт
- •7.6.1. Электронные и компьютерные карты
- •7.6.2. Графические стандарты
- •7.6.3. Спецификация цвета и цветовые палитры
- •7.6.4. Компоновка электронных и компьютерных карт
- •7.7. Методы геоинформационного картографирования
- •7.7.2. Создание тематических карт на основе методов пространственного моделирования в ГИС
- •7.8. Автоматизированная генерализация тематических карт
- •7.8.1. Семантическая и геометрическая генерализация
- •7.8.2. Элементы генерализации линий
- •7.8.3. Использование теории фракталов
- •7.9. Формализация и алгоритмизация процесса картографирования
- •7.9.1. Картометрические функции
- •7.9.2. Определение положения центральной точки полигона и скелетизация
- •7.9.3. Построение системы картографических знаков и размещение надписей
- •7.10. Новые направления и технологии геоинформационного картографирования
- •7.10.1. Оперативное картографирование и картографические анимации
- •7.10.2. Картография и Интернет
- •Глава 8. Цифровая обработка изображений для создания баз данных ГИС и тематических карт
- •8.1. Применение данных дистанционного зондирования в ГИС и тематическом картографировании
- •8.2. Методы цифровой обработки космических снимков
- •8.3. Методы дешифрирования, основанные на преобразовании спектральных яркостей
- •8.3.1. Спектральное пространство и дешифровочные признаки
- •8.3.2. Синтез изображений и анализ главных компонент
- •8.3.3. Производные дешифровочные признаки
- •8.4. Алгоритмы классификации
- •8.4.1. Правила и типы автоматизированной классификации
- •8.4.2. Алгоритмы контролируемой классификации
- •8.4.3. Алгоритмы неконтролируемой классификации
- •8.4.4. Оценка результатов классификации
- •8.5. Алгоритмы выполнения географического анализа по космическим снимкам
- •8.5.1. Изучение динамики явлений (объектов) по картам и снимкам
- •8.5.2. Изучение географических объектов с использованием методов нечеткой и экспертной классификации
- •Литература
- •Учебники и учебные пособия
- •Монографии
- •Справочники и руководства
- •Предметный указатель
174 Глава 4. Элементы ГИС-технолосмм
4.4.4. Технологии анализа данных, основанные на ячейках растра
Функции, связанные с анализом и моделированием на базе ячеек растров (сеток, гридов), обычно называют алгеброй карт. Они могут быть применены к одному или нескольким растровым слоям (гридам), а реализующие их математические операторы включают арифметические (сложение, вычитание, умножение и деление значений ячеек слоев), логические (AND, OR), бинарные (0, 1) статистические (минимум, максимум, среднее и т.п.), степенные логарифмические и тригонометрические.
Функции картографической алгебры разделяют на четыре типа, называемых локальными, фокальными, зональными и глобальными функциями [Jones, 1997], в соответствии с количеством ячеек растра,
используемых для анализа: |
|
|
|
• |
одна ячейка и несколько слоев — локальные |
функции; |
|
• |
3x3, 5x5 и т. д. соседних ячеек — фокальные |
функции; |
|
• |
ячейки одной зоны — зональные |
функции; |
|
• |
все ячейки растра — глобальные |
функции. |
|
На значения, получаемые с помощью функций каждого из этих типов, влияют не только атрибуты, с которыми они работают, но и пространственное (геометрическое) представление данных. Например, результат функции сложения двух слоев (работающей без учета окружения ячеек) зависит от значений соответствующих ячеек в слоях Функции, применяемые к ячейкам в окрестности или зоне растрового слоя, зависят от пространственной конфигурации окрестности или зоны, а также от ячеек и их значений в этой конфигурации.
Локальные, или поячеечные, функции вычисляют значение выходного растрового набора данных таким образом, что значение каждой его ячейки является функцией от значения, связанного с определенной ячейкой в одном или нескольких растровых наборах данных (рис. 4.16). То есть при применении функции к одном} растровому набору данных на выходное значение ячейки влияе^ только исходное значение этой ячейки, независимо от значений соседних ячеек. Это могут быть функции возведения в степенк тригонометрические функции и др. Локальные функции, работа ющие с несколькими растровыми наборами данных, — это функции вычисляющие значения суммы, минимума или максимума д.>
4.4. Хранение и преобразование растровых данных |
175 |
каждого местоположения ячейки во всех входных растровых наборах
данных.
Рис. 4.16. Пример локальной функции
Фокальные функции, или функции окрестности, применяют к одному набору данных (слою). Они создают выходной растровый набор данных, в котором значение каждой ячейки является функ- цией входного значения в этой точке и значений соседних ячеек в заданной окрестности (рис. 4.17). Конфигурация окрестности опре- деляет, какие именно из ближайших к обрабатываемой ячеек будут использованы при вычислении выходного значения. Фокальные функции позволяют определить для этой ячейки значение среднего, стандартного (среднеквадратического) отклонения, суммы или диапазона значений в окрестности.
Рис. 4.17. Пример фокальной функции
Зональные функции создают выходной растровый набор данных, в котором значение каждой ячейки зависит от исходного значения этой ячейки, а также всех ячеек, входящих в ту же зону карты. На растровых картах зоны — это две или более ячеек с одинаковым значе- нием. Зона может состоять из соединенных или несоединенных ячеек, или из тех и других. Зоны, ячейки которых соединены, представляют такие объекты территории, как здание, озеро, дорога или другой линейный или площадной объект. Зональные функции аналогичны
176 |
Глава 4. Элементы ГИС-технолосмм |
фокальным функциям, но окрестности обрабатываемых ячеек не зада- ются, а определяются конфигурацией зон или объектов в исходном наборе данных, определяющем зоны. Зональные функции вычисляют среднее значение, сумму, минимум, максимум или диапазон значений для ячеек первого набора данных, находящихся в пределах каждой зоны, определяемой вторым исходным набором данных.
Глобальные функции создают выходной растровый набор данных, в котором значение каждой ячейки может быть функцией от всех ячеек в исходном растровом наборе данных. Выделяют две группы таких функций: Евклидово и взвешенное расстояние. Взвешенное расстояние является функцией от некоторых факторов, например, стоимости передвижения, сложности перемещения по маршруту, зависящей от рельефа или проходимости местности. Функции вычисления Евклидова расстояния присваивают каждой ячейке выходного растра значение расстояния от ячейки с теми же координатами в исходном изображении (ячейки назначения) до ближайшей ячейки источника. Источником может быть, например, граница зоны отдыха (рис. 4.18). Функции вычисления расстояния с весом (стоимостью) обычно используют для вычисления кратчайшего пути (пути с наименьшей стоимостью). На основе получаемых результатов можно далее определить путь наименьшей стоимости по поверхности, не имеющей сетевой структуры, от ячейки источника до ячейки назначения. Во всех глобальных вычислениях для получения результата требуется знание всей поверхности.
1 1 |
1 |
: |
I |
|
|
1 |
I |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
| |
2 |
1 |
1 |
|
|
1 |
2 |
2 |
2 |
|
|
1 |
|
! |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
Рис. 4.18. Пример глобальной функции
Функции алгебры карт отдельно или в комбинации широко применяются в задачах пространственного анализа и моделирования, реализованы во многих ГИС-пакетах для решения определенных классов прикладных задач — анализа физических и абстрактных