Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Использование геоинформационных систем для изысканий и мониторинга на водных объектах

Покупка
Артикул: 800917.01.99
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину
Приведены основные сведения о геоинформационных системах. Рассмотрены методы обработки и анализа работ по проведению изысканий и мониторинга на водных объектах с использованием ГИС-технологий. Для студентов направления 20.04.02 «Природообустройство и водопользование».
Турлов, А. Г. Использование геоинформационных систем для изысканий и мониторинга на водных объектах : учебно-методическое пособие / А. Г. Турлов. - Йошкар-Ола : Поволжский государственный технологический университет, 2022. - 60 с. - ISBN 978-5-8158-2286-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1972684 (дата обращения: 29.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
А. Г. ТУРЛОВ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 

ДЛЯ ИЗЫСКАНИЙ И МОНИТОРИНГА 

НА ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ

Учебно-методическое пособие 

Йошкар-Ола

2022

УДК 556.012:004(07)
ББК  26.22:32.81я7

Т 86

Рецензенты:

профессор кафедры строительных конструкций и водоснабжения 
ПГТУ, доктор технических наук А. Г. Поздеев;
доцент кафедры строительных конструкций и водоснабжения 
ПГТУ, кандидат технических наук Ю. А. Кузнецова

Печатается по решению

редакционно-издательского совета ПГТУ

Турлов, А. Г.

Т 86
Использование геоинформационных систем для изысканий 

и мониторинга на водных объектах: учебно-методическое пособие / 
А. Г. Турлов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический 
университет, 2022. – 60 с.
ISBN 978-5-8158-2286-3

Приведены основные сведения о геоинформационных системах. Рассмотрены 
методы обработки и анализа работ по проведению изысканий и 
мониторинга на водных объектах с использованием ГИС-технологий. 

Для студентов направления 20.04.02 «Природообустройство и водопользование».


УДК 556.012:004(07)

ББК 26.22:32.81я7

ISBN 978-5-8158-2286-3
© Турлов А. Г., 2022
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.............................................................................................................. 4
Введение.................................................................................................................... 5

1. Общие сведения о геоинформационных системах....................................... 6

1.1. Понятие о ГИС. Основные цели и задачи 
создания и использования ГИС. Структура ГИС ............................................ 6
1.2. Организация хранения данных в ГИС ....................................................... 9
1.3. Представление данных в ГИС .................................................................. 11
1.4. Организация ГИС-карты........................................................................... 13
Контрольные вопросы ..................................................................................... 15

2. Создание плановой основы для проведения изысканий и мониторинга .. 16

2.1. Создание плана........................................................................................... 16
2.2. Привязка растра ......................................................................................... 19
Контрольные вопросы ..................................................................................... 20
Задание.............................................................................................................. 21

3. Создание объектов на ГИС-карте.................................................................. 22

3.1. Оцифровка растра....................................................................................... 22
3.2. Ввод объектов с клавиатуры...................................................................... 25
3.3. Ввод объектов заливкой из файла............................................................. 26
Контрольные вопросы ..................................................................................... 28
Задание.............................................................................................................. 28

4. Работа с объектами геоинформационной системы..................................... 29

4.1. Организация запросов на поиск информации......................................... 29
4.2. Групповая обработка объектов................................................................. 35
4.3. Поиск и построение по спискам объектов............................................... 38
Контрольные вопросы ..................................................................................... 41
Задание.............................................................................................................. 41

5. Использование и анализ 3D-изображения 
в геоинформационной системе........................................................................... 42

5.1. Создание матриц высот............................................................................. 42
5.2. Построение горизонталей рельефа........................................................... 45
5.3. Построение профилей ............................................................................... 46
Контрольные вопросы ..................................................................................... 47
Задание.............................................................................................................. 47

6. Создание матрицы качеств............................................................................. 48

Контрольные вопросы ..................................................................................... 53
Задание.............................................................................................................. 53

7. Создание матрицы слоев................................................................................. 54

Контрольные вопросы ..................................................................................... 57
Задание.............................................................................................................. 57

Заключение.............................................................................................................. 58
Список литературы................................................................................................. 59

ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс «Геоинформационные системы» является одной из дисциплин 

естественнонаучного модуля при подготовке магистров в области природообустройства 
и водопользования. Он направлен на получение обучающимися 
знаний в области применения методов современных информационных 
технологий при решении научных и практических задач. Геоинформационные 
системы предназначены для работы с пространственно 
привязанной информацией и наиболее востребованы в области инженерных 
изысканий и мониторинга окружающей среды.

Освоение дисциплины позволит выпускнику:
•
применять в дальнейшей профессиональной деятельности современные 
информационные методы обработки и анализа геоинформации;

•

решать конкретные организационно-технологические задачи для 

координации деятельности специалистов, занятых подготовкой, планированием 
и выполнением работ по инженерно-геодезическим изысканиям 
в области природообустройства и водопользования;

•
владеть методами производственного контроля качества выполненных 
основных видов работ.

Настоящее пособие разработано в соответствии с государственным 

стандартом подготовки магистров по направлению 20.04.02 «Природообустройство 
и водопользование» (профиль «Комплексное использование 
и охрана водных ресурсов»).

Пособие предназначено для изучения теоретического курса и может 

служить в качестве справочного руководства при организации инженерных 
изысканий и мониторинга на водных объектах, а также при выполнении 
выпускной квалификационной работы.

ВВЕДЕНИЕ

При проведении изысканий и мониторинга на водных объектах 

необходимо определять широкий спектр показателей в различных точках, 
распределенных к тому же не только в плане, но и по водной и земной 
толще. При этом из-за больших размеров объектов и сложности 
проведения полевых работ точки наблюдений, как правило, отстоят достаточно 
далеко друг от друга. 

Для получения полной информации об исследуемом объекте в любой 
его точке требуется не просто обработать данные изысканий, а получить 
информационную модель объекта. Именно для этой цели наиболее 
пригодны геоинформационные системы (ГИС), средства представления 
координатно привязанной информации. 

Применение геоинформационных систем позволяет не только получить 
информацию о современном состоянии территорий. С их помощью 
можно проследить динамику изменения различных показателей, спрогнозировать 
последствия тех или иных природных и техногенных явлений, 
выявить опасные зоны и объекты, попадающие в эти зоны. 

Геоинформационные системы позволяют хранить большой объем 

разнообразной информации, проводить поиск информации по различным 
сочетаниям условий. Слоистая структура организации данных 
обеспечивает требуемую наглядность представления информации. ГИС-
системы можно легко подстроить под конкретные задачи пользователя, а 
также обеспечить вывод информации для обеспечения принятия управленческих 
решений.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ 

СИСТЕМАХ

1.1. Понятие о ГИС. Основные цели и задачи 

создания и использования ГИС. Структура ГИС

Информация, в первую очередь пространственная информация, стала 
важнейшим ресурсом и ценным товаром: тот, кто владеет ею, способен 
контролировать ситуацию в сферах экономики и экологии, политики 
и национальных отношений и во многих других отраслях человеческой 
деятельности. Отсутствие пространственной географической информации 
неизбежно приводит к серьезным упущениям и просчетам. Сегодня 
в промышленно развитых странах существуют тысячи геоинформационных 
систем (ГИС), используемых в экономике, политике, экологии, 
управлении ресурсами и охране природы, ведении кадастров, науке и 
образовании и т. д.

ГИС охватывают все пространственные уровни – от глобального до 

муниципального, интегрируя самую разнообразную информацию о 
нашей планете: картографическую, аэрокосмическую, статистическую, 
материалы полевых экспедиций и т. д.

В создании ГИС участвуют международные организации (ООН, 

ЮНЕП, ФАО и др.), крупнейшие государственные учреждения, мини-
стерства и ведомства, картографические, геологические и земельные 
службы, 
статистические 
управления, 
частные 
фирмы, 
научно-

исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ас-
сигнуются значительные финансовые средства, в деле участвуют целые 
отрасли промышленности, создается разветвленная (нередко транснаци-
ональная) геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телеком-
муникационными сетями.

ГИС является прежде всего средством моделирования и познания 

природных и социально-экономических геосистем для обеспечения 
управления и принятия решений. Для выполнения этой задачи в ГИС
реализуется технология сбора, хранения, преобразования, отображения и 
распространения пространственно-координированной геоинформации.

Для 
реализации 
ГИС
требуется 
совокупность 
аппаратно-

программных продуктов (ГИС-оболочек), баз данных, систем управле-
ния разного целевого назначения.

Обязательными признаками ГИС являются:
1) географическая (пространственная и (или) пространственно-

временная) привязка данных;

2) возможность создания новой информации на основе синтеза име-

ющихся данных;

3) автоматическое обновление баз данных за счет вновь поступаю-

щей информации;

4) обеспечение принятия решений.
Области использования ГИС очень разнообразны:
- поиск и рациональное использование природных ресурсов;
- территориальное и отраслевое планирование и управление про-

мышленностью и энергетикой, сельским хозяйством, транспортом, фи-
нансами;

- обеспечение комплексного и отраслевого кадастра;
- мониторинг экологических ситуаций и опасных природных явле-

ний, оценка техногенных воздействий на среду и их последствий, обес-
печение экологической безопасности страны и ее регионов, экологиче-
ская экспертиза;

- контроль условий жизни населения, здравоохранение и рекреация, 

социальное обслуживание, обеспеченность работой;

- обеспечение деятельности органов законодательной и исполни-

тельной государственной власти, политических партий, средств массо-
вой информации;

- обеспечение деятельности правоохранительных органов и военных 

ведомств, решение оборонных задач;

- образование и культура;
- научные исследования и прогнозирование;
- морская и авиационная навигация, оптимизация транспортных пе-

ревозок и связи;

- картографирование (комплексное и отраслевое), создание темати-

ческих карт, национальные и региональных атласов, дешифрирование и 
интерпретация материалов дистанционного зондирования, обновление 
карт, оперативное картографирование.

Несмотря на многообразие решаемых задач в различных сферах че-

ловеческой деятельности, работа ГИС построена на решении основных 
вопросов [1]:

•
Где находится А?

•
Как расположено А по отношению к В?

•
Сколько А расположено в пределах расстояния D от В?

•
Каково значение функции Z в точке X?

•
Как велико по размерам В?

•
Каков результат пересечения А и В?

•
Каков оптимальный маршрут от Х до У?

•
Что находится в Хь Х;,..., Хц?

•
Какие объекты следуют за теми, у которых наблюдается опреде-

ленное сочетание определенных свойств?

•
Как изменится пространственное распределение объектов, если 

изменить существующую классификацию?

•
Что может случиться с А, если изменится В и его расположение 

относительно А? [1].

Функции ГИС складываются из четырех типов решаемых ею задач:
1)
сбор,

2)
обработка,

3)
моделирование и анализ,

4)
принятие решений.

Структурной особенностью является наличие у ГИС четырех

подсистем:

•
ввода – для оцифровки, редактирования и форматирования карт, 

изображений, таблиц;

•
хранения – для поиска, изменения и редактирования данных;

•
анализа – для получения из данных полезной информации путем 

их обработки, а также принятия решений по оптимизации хранения и 
доступа;

•
вывода – для просмотра всей или части базы данных и отобра-

жения информации в табличной или картографической форме.

Выделяют четыре основных типа источников данных для ГИС

(рис. 1).

Рис. 1. Источники данных для ГИС

Обычно преобладающая масса источников данных – это аналоговые 

данные (карты, таблицы, фотоматериалы), требующие их перевода в 
цифровую форму, пригодную для обработки средствами автоматизации. 
Это вызывает необходимость иметь в структуре ГИС особый блок ввода 
данных, позволяющий выполнять операции цифрования и кодирования 
источников различного типа. Зачастую это наиболее трудоемкая, доро-
гая и менее всего автоматизированная часть технологической цепи ГИС. 
Существуют схемы цифрования карт с помощью цифрователей (диги-
тайзеров) с ручным обводом, устройств отслеживания линий в автома-
тическом режиме и сканирующих устройств.

В настоящее время планомерное цифрование карт, перевод всего 

процесса создания карт на цифровые методы и формирование картогра-
фических (топографических) банков данных осуществляется многими 
государственными топографо-картографическими службами.

Существенная часть материалов аэрокосмических съемок и других 

данных, получаемых по программам дистанционного зондирования Зем-
ли из космоса, принимается сейчас непосредственно в цифровом виде, 
что значительно облегчает их использование в качестве источников дан-
ных для геоинформационных систем.

1.2. Организация хранения данных в ГИС

Пространственные данные организуются в ГИС в виде отдельных слоев

вне зависимости от того, в каком формате они представлены (рис. 2). 

Рис. 2. Хранение данных в виде отдельных слоев в ГИС

Это позволяет выполнять операции по анализу совокупности данных 

для определенной области или получать новую информацию по сово-
купности выбранных слоев с получением новой информации и форми-
рованием нового слоя (рис. 3).

Рис. 3. Примеры формирования информации из различных слоев ГИС

Вывод карты на экран дисплея может быть выполнен при любом со-

четании слоев, а также при последовательном выводе слоёв, описываю-
щих одни и те же объекты в разные моменты времени. Это удобно для 
показа динамики явления, когда одна карта, сменяя другую, помогает 
уяснить ход процесса. При этом может быть реализована и анимация 
отдельных точек или знаков. Изображение с экрана может быть скопи-
ровано на бумагу, то есть могут быть получены так называемые «твер-
дые копии».

Интересные результаты получаются при использовании объемно-

перспективных изображений, прежде всего трехмерных.

России наиболее известны следующие ГИС: ArcView, Arclnfo фир-

мы ESRI, Maplnfo корпорации Maplnfo, ГИС «Карта» КБ «Панорама», 
Atlas GIS из Strategic Mapping Inc., GeoGraph ЦГИИГ РАН, Sinteks/Tri
фирмы Трисофт, WinGIS от Progis.

1.3. Представление данных в ГИС

Вся совокупность данных, представленных в ГИС, основана на век-

торных моделях и растрах.

Векторная модель данных

Данная модель основана на векторах (направленных отрезках пря-

мых). Базовым примитивом является точка. Объекты создаются путем 
соединения точек прямыми линиями или дугами. Площади определяют-
ся набором линий.

Точка является безразмерным типом объектов и определяет геомет-

рическое положение. Точка имеет координаты в двухмерном или трех-
мерном пространстве.

Линия является одномерным типом объектов. Линия состоит из 

прямых отрезков, соединяющих точки, и имеет координаты всех после-
довательных точек. Линия имеет длину, состоящую из суммы длин от-
резков. Но линия не имеет толщины.

Площадные объекты является двумерными. Площадные объекты 

образуются внутри замкнутых линейных объектов. 

Можно выделить следующие подтипы линейных объектов:
область – ограниченный непрерывный объект, который может 

включать или не включать в себя собственную границу;

внутреннюю область – область, которая не включает собственную 

границу;

полигон – область, состоящую из внутренней области, одного внеш-

него кольца и непересекающихся, невложенных внутренних колец.

Таким образом векторная модель данных представляет собой объ-

ектно-ориентированную систему. Исходя из этого, можно выделить сле-
дующие достоинства векторной модели: 

1)
компактную структуру, т.е. большие объемы данных требуют 

небольших объемов памяти компьютера;

2)
топологию, т.е. возможность поиска, преобразования, переме-

щения и других операций с отдельными объектами;

Доступ онлайн
300 ₽
В корзину