Применение технологии геоинформационных систем в природообустройстве и водопользовании

А. В. Федорян 

Применение технологии  
геоинформационных систем 
в природообустройстве  
и водопользовании 

Учебное пособие 

Москва 
2022 

УДК 628.1:550:004.9(075) 
ББК 38.761я723+26.190я723
Ф33 
Рецензент: 
Гурин К. Г., канд. техн. наук,  
заведующий каф. ВиИВР НИМИ Донской ГАУ 

Федорян, А. В. 
Ф33     Применение технологии геоинформационных систем 
в природообустройстве и водопользовании : учебное 
пособие / А. В. Федорян. — Москва : Директ-Медиа, 
2022. — 192 с. 

ISBN 978-5-4499-3172-6 

В учебном издании рассмотрены вопросы: основы геоинформатики; особенности современных геоинфомационных систем; сферы применения ГИС; развитие практических навыков 
работы с современными ГИС; вопросы цифрового картографирования; организации пространственных и атрибутивных данных в ГИС и др. 
Учебное пособие предназначено для студентов среднего 
профессионального образования по специальностям: «Рациональное использование природохозяйственных комплексов»; 
«Природоохранное обустройство территорий». 

УДК 628.1:550:004.9(075) 
ББК 38.761я723+26.190я723

ISBN 978-5-4499-3172-6
© Федорян А. В., текст, 2022
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2022

Оглавление 

Предисловие ........................................................................................................................... 7 
Введение ................................................................................................................................... 8 
I. Теоретическая часть..................................................................................................... 10 
Тема 1. Геоинформационные системы,  
основные понятия, особенности. Классификация и функции 
геоинформационных систем ................................................................................. 10 
1. Геоинформатика и геоинформационные системы,
основные понятия. Особенности 
геоинформационных систем ............................................................................ 10 
2. История становления геоинформационных систем...................... 13
3. Данные, информация и знания
в геоинформационных системах .................................................................... 14 
4. Классификация геоинформационных систем ................................... 15
5. Функции геоинформационных систем .................................................. 17
Контрольные вопросы ......................................................................................... 19 
Тема 2. Основные компоненты геоинформационных 
систем. Источники и модели данных ............................................................... 20 
1. Основные компоненты  геоинформационных систем ................. 20
2. Источники данных  геоинформационных систем .......................... 21
3. Понятие цифровой карты,  качество цифровых карт ................... 23
4. Отображение объектов реального мира
в геоинформационных системах .................................................................... 25 
5. Структуры и модели данных геоинформационных систем ...... 26
Контрольные вопросы ......................................................................................... 30 
Тема 3. Управление базами данных ................................................................... 31 
1. Особенности базы данных геоинформационных систем ........... 31
2. Организация связи пространственной и атрибутивной
информации  в геоинформационных системах ..................................... 34 
3. Управление данными в геоинформационных системах ............. 36
4. Системы управление базами данных
в геоинформационных системах .................................................................... 37 
5. Функции системы управления базы данных ..................................... 38
Контрольные вопросы ......................................................................................... 41 
Тема 4. Анализ пространственных данных ................................................... 41 
1. Цели и задачи пространственного анализа ........................................ 41

3 

2. Основные функции пространственного анализа данных .......... 42 
3. Анализ пространственного распределения объектов ................. 46 
4. Картографические способы отображения  
результатов анализа данных ........................................................................... 48 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 49 
Тема 5. Картографические проекции. Визуализация данных  
в ГИС ..................................................................................................................................... 49 
1. Картографические проекции ...................................................................... 49 
2. Электронные карты и атласы ..................................................................... 55 
3. Трехмерная визуализация ............................................................................ 56 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 57 
Тема 6. Цифровое моделирование рельефа .................................................. 57 
1. Поверхность и цифровая модель рельефа........................................... 57 
2. Нерегулярные триангуляционные сети ............................................... 59 
3. Растровая цифровая модель местности................................................ 61 
4. Интерполяции при создании цифровых моделей рельефа ....... 62 
5. Технология построения цифровых моделей рельефа .................. 64 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 66 
Тема 7. ГИС как основа интеграции  
пространственных данных и технологий ...................................................... 66 
1. Геоинформационные системы  
и дистанционное зондирование Земли ....................................................... 66 
2. Компьютерные методы обработки  
спутниковых данных ............................................................................................ 70 
3. Геоинформационные системы  
и глобальные системы позиционирования ............................................. 70 
4. Геоинформационные системы и Интернет ........................................ 72 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 75 
Тема 8. Краткий обзор программных средств в области 
геоинформатики, используемых в России ..................................................... 75 
1. Обзор инструментальных геоинформационных систем ............ 75 
2. Перспективы развития и будущее  
геоинформационных систем ............................................................................ 79 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 82 

II. Практическая часть ..................................................................................................... 83 
Тема 1. Программное обеспечение ArcGIS Desktop,  
общие сведения ............................................................................................................. 83 

4 

Тема 2. Создание проекта ........................................................................................ 84 
2.1. Понятие проекта ............................................................................................. 84 
2.2. Режимы работы в проекте ........................................................................ 85 
2.3. Упражнение. Создание проекта 
и основные элементы интерфейса ............................................................... 85 
Тема 3. Управление видом ....................................................................................... 90 
3.1. Упражнение. Навигация в проекте ....................................................... 91 
Тема 4. Системы координат и проекции ......................................................... 94 
4.1. Географическая и спроектированная 
системы координат ................................................................................................ 95 
4.2. Локальная система координат ............................................................... 96 
4.3. Распространенные географические системы координат ....... 96 
4.4. Проекции ............................................................................................................. 97 
4.5. Переход между системами координат ............................................... 97 
4.6. Упражнение 1. Назначение спроектированной 
системы координат фрейму данных ........................................................... 98 
4.7. Упражнение 2. Смена географической 
системы координат ............................................................................................. 101 
4.8. Упражнение 3. Экспорт данных в другой 
системе координат (перепроектировка) ............................................... 104 
Тема 5. Данные геоинформационных систем ........................................... 105 
5.1. Общие требования к данным в ГИС .................................................. 107 
5.2. Упражнение 1. Обзор основных типов данных............................... 107 
Тема 6. Структура данных в ГИС ....................................................................... 114 
6.1. Упражнение 1. Организация данных в ГИС .................................. 115 
Тема 7. Векторные, растровые данные ......................................................... 120 
7.1. Упражнение 1. Загрузка и отображение  
векторных и растровых данных, элементарные 
составляющие этих типов данных ............................................................. 122 

III. Лабораторная часть ................................................................................................ 128

Тема 1. Знакомство с интерфейсом ArcCatalog  
и ArcMap. Освоение начальных навыков работы 
в среде ArcGIS 10.0 ..................................................................................................... 128 
Лабораторная работа № 1 ............................................................................... 128 
Тема 2. Картографические проекции и системы 
координат. Управление отображением слоя,  
изменение легенды, надписывание объектов ......................................... 134 

5 

Лабораторная работа № 2 ............................................................................... 134 
Тема 3. Вид компоновки. Подготовка карты 
к выводу на печать ................................................................................................... 140 
Лабораторная работа № 3 ............................................................................... 140 
Тема 4. Редактирование существующих 
и создание новых пространственных данных .......................................... 147 
Лабораторная работа № 4 ............................................................................... 147 
Тема 5. Редактирование атрибутов объектов. Топологическое 
редактирование .......................................................................................................... 154 
Лабораторная работа № 5 ............................................................................... 154 
Тема 6. Векторная трансформация 
пространственных данных .................................................................................. 162 
Лабораторная работа № 6 ............................................................................... 162 
Тема 7. Импорт данных САПР ............................................................................. 168 
Лабораторная работа № 7 ............................................................................... 168 
Тема 8. Перенос атрибутов пространственных объектов ................. 173 
Лабораторная работа № 8 ............................................................................... 173 

Вопросы для итогового контроля ......................................................................... 179 
Вопросы для экспресс-опроса контроля усвоения 
практической части ....................................................................................................... 181 
Вопросы для составления теста для оценки качества усвоения 
лабораторного курса ..................................................................................................... 183 
Вопросы для защиты отчета по лабораторным работам ........................ 188 
Литература ......................................................................................................................... 190 

Предисловие 

Учебное издание ставит своей целью ввести читателя в 
сферу геоинформационных технологий, развить теоретические знания в области геоинформатики и помочь освоить 
практические навыки работы с программными комплексами 
геоинформационных систем. Издание базируется на основе 
детального материала учебно-методических трудов [3, 4, 5, 6] 
автором которых является Селюков В. И. и фундаментальных 
трудов в раскрываемой тематике [1, 2] авторов Капралова Е. Г., 
Кошкарева А. В., Тикунова В. С. 
Данное учебное пособие предназначено для студентов 
среднего профессионального образования по специальностям: 
«Рациональное использование природохозяйственных комплексов»; «Природоохранное обустройство территорий» при 
освоении дисциплин в области информационных технологий, 
геоинформатики, геоинформационных систем. А также, будет 
полезно при освоении пакетов прикладных лицензионных и 
свободно распространяемых программных комплексов в области профессиональной деятельности выпускников. 
Так как целью учебного издания поставлено развить 
теоретические знания и практические навыки в указанных 
областях учебное пособие разбито на три части, где первая 
часть «Теоретическая» посвящена изложению накопленных 
знаний в области геоинформатики, а вторая и третья части 
пособия «Практическая часть» носят прикладной характер, где 
раскрыто проведение практических занятий и лабораторных 
работ. 

7 

Введение 

Географические информационные системы (геоинформационные системы) лежат в основе геоинформатики — новой 
современной научной дисциплины, изучающей природные и 
социально-экономические географические системы различных 
уровней иерархии посредством аналитической компьютерной 
обработки создаваемых баз данных различного типа и имеющихся баз знаний. 
Геоинформатика, как и другие науки о земной поверхности, направлена на изучение процессов и явлений, происходящих в геосистемах, но в отличии от других она завязана 
исключительно на своих современных технических средствах и 
специальных методах. 
Основой геоинформатики является создание компьютерных геоинформационных систем, имитирующих процессы, 
происходящие в изучаемой географической системе (геосистеме). Для этого необходимо использование информации — как 
правило, фактического материала, который группируется и 
систематизируется в базах данных и базах знаний. Информация может быть самой разнообразной — картографической, 
точечной, векторной, статической, динамической описательной, качественной и любой другой, подходящей под требования геоинформатики. 
Учитывая специфику предмета, в независимости от поставленной цели, обработка информации ее может производиться только с помощью существующих программных 
продуктов на основе различных методик. 
Основные задачи изучения дисциплины включают: освоение 
базового 
понятийно-терминологического 
аппарата; 
методологии представления и обработки геоданных в специализированной вычислительной среде; изучение главных 
направлений применения технологии географических информационных систем; формирование навыков представления 
географических объектов средствами современной компьютерной графики; оценку и анализ географической информации 
с использованием технологии геоинформационных систем. 
Карты и картографическая информация используются сотни лет, но сравнительно недавно, около 50 лет назад, 

8 

графическая и описательная информация были объединены 
для создания первой географической информационной системы. Этот принцип является одним из важнейших основополагающих принципов  геоинформационных систем. 
Первые геоинформационные системы появились в организациях связанных именно с управлением природными ресурсами и эта сфера их применения носит наиболее 
прикладной характер. В современном мире развитие геоинформационных систем, связано с бурным развитием информационных технологий и их технической оснащенности и 
производительности. 
Ресурсная база первых геоинформационных систем представляла собой большие площади, занятые громоздкой аппаратурой и километрами коммуникаций. Основной функцией 
таких систем была пространственно-описательная информация об объектах — координаты объектов. Первой геоинформационной системой принято считать систему, созданную в 
1962 году в Канаде, Аланом Томлинсоном, которая так и называлась Канадская географическая информационная система. 
Спустя годы появились первые общедоступные, полнофункциональные геоинформационные системы, способные работать 
на персональных электронно-вычислительных машинах имеющих современную конфигурацию, недавно — в 1994 г 
(Arcview 2.0), бурное развитие области геоинформационных 
систем следует связывать именно с ними. 
Считается, что геоинформационные системы является 
лучшим способом хранения информации об участке географического сегмента как суши, так и водной поверхности. Для всех 
современных организаций любой сферы деятельности, особенно для организаций непосредственно управляющими территориями, например, администрациям особо охраняемых 
природных территорий, отделами по природообустройству и 
водопользованию, управлений различного рода, геоинформационная система и ее компоненты становится инструментарием без которого невозможно вести качественную работу на 
современном уровне. 

I. Теоретическая часть 

Тема 1. Геоинформационные системы, 
основные понятия, особенности.  
Классификация и функции  
геоинформационных систем 

План 

1. Геоинформатика 
и 
геоинформационные 
системы,
основные понятия. Особенности геоинформационных 
систем 
2. История становления геоинформационных систем
3. Данные, информация и знания в геоинформационных
системах 
4. Классификация геоинформационных систем
5. Функции геоинформационных систем

1. Геоинформатика и геоинформационные
системы, основные понятия. Особенности 
геоинформационных систем 

Современные информационные системы, как правило, 
являются цифровыми, то есть, основаны на использовании 
компьютерной техники, и информация в них находится в цифровом виде. Информационные системы, создаются с использованием специального программного обеспечения, называемого 
системами управления базами данных (СУБД), а упорядоченные массивы данных, организованные с помощью СУБД, называются базами данных. 
Существуют 
специализированные 
пространственные 
информационные системы для работы с информацией об объектах и явлениях, которые имеют привязку к определенной 
позиции в пространстве и для которых важную роль играет их 
положение, форма, размеры, взаиморасположение по отношению к другим объектам и явлениям. Такие системы относятся 
к классу геоинформационных систем. 
Специфический отдел информатики, имеющий дело с такой 
пространственно привязанной информацией, называется геоинформатикой. Отсюда — географическая информационная 
система, геоинформационная система (далее по тексту — ГИС). 

10