GIS-LAB

Географические информационные системы и дистанционное зондирование

Краткое введение в ГИС. Часть 1: Введение в ГИС

Обсудить в форуме Комментариев — 15Редактировать в вики

Эта страница опубликована в основном списке статей сайта
по адресу http://gis-lab.info/qa/gentle-intro-gis-1.html


ГИС для преподавателей Часть 1: Введение в ГИС
AGentleIntroductionToGIS RU html m54b43492.png
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:


AGentleIntroductionToGIS RU html m1376cfc2.png

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.


AGentleIntroductionToGIS RU html m28661bbe.png
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.


AGentleIntroductionToGIS RU html 46d1710f.png

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.


AGentleIntroductionToGIS RU html 4e878b82.png
Рисунок 4: Слой городов, добавленный
на карту.
AGentleIntroductionToGIS RU html 1fcdd286.png
Рисунок 5: Слой школ, добавленный
на карту.
AGentleIntroductionToGIS RU html 187f4909.png
Рисунок 6: Слой железных дорог, добавленный на карту.
AGentleIntroductionToGIS RU html 3090cc30.png
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.


AGentleIntroductionToGIS RU html m670b9462.png
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.


AGentleIntroductionToGIS RU html m1e3fb78b.png
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 узко специализированные 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.


AGentleIntroductionToGIS RU html m6678d906.png
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.


AGentleIntroductionToGIS RU html m667e9a01.png
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.

Обсудить в форуме Комментариев — 15Редактировать в вики

Последнее обновление: 2014-05-15 01:47

Дата создания: 09.08.2013
Автор(ы): Алексей Еськов


(Геокруг)

Если Вы обнаружили на сайте ошибку, выберите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter