земельный кадастр билеты госы. 2. Современная философия науки, её предмет и особенности
 Скачать 0.81 Mb.
|
|
БИЛЕТ №20 Поиски данных в базах данных геоинформационных и земельно-информационные системах (ГИС и ЗИС). Выборка, способы, создание выборок их применение в ГИС и ЗИС. База данных (БД) – это совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений; данные запоминаются так, чтобы они были независимы от программ, использующих эти данные; для добавления новых или модификации существующих данных, а также для поиска данных в базе данных применяется общий управляемый способ. Данные собираются однажды и структурируются таким образом, чтобы была обеспечена возможность дальнейшего наращивания приложений. БД должна отображать текущие данные о предметной области, накапливать, хранить информацию и предоставлять различным категориямпользователей быстрый доступ к данным. Для этого данные в базе должны быть структурированы в соответствии с некоторой моделью, отражающей основные объекты предметной области, их свойства и связи между ними. Двумя основными типами информации для ГИС являются пространственные (или позиционные, координатные) данные для определения места и атрибутивные (или тематические, описательные) данные для определения параметров времени и тематической направленности. Одна из отличительных особенностей ГИС — связь между пространственными и атрибутивными данными, которые могут хранится раздельно в соответствующих базах данных. При организации базы данных различают: - тип данных (картографические и атрибутивные); - форму представления пространственных данных (векторную, растровую, трехмерную); - структуру данных (топология и слои); - модель данных (иерархическая, сетевая, реляционная, гибридная). Работа с таблицами данных, которые содержат атрибутивную информацию и итоговую статистику, является важной частью ГИС анализа. Одной из основных операций работы с таблицами является выборка. Сделать выборку - значит выбрать те строки в атрибутивной таблице слоя данных, которые соответствуют заданным условиям. Выбор производится, используя запрос, который обычно имеет форму логического выражения. Можно совместно применить несколько критериев поиска, используя оператор "OR". Например, выбрать участки коммерческой и индустриальной застройки: Экономическая эффективность автоматизированных систем управления в кадастре, землеустройстве и мониторинге земель. В результате внедрения нового геодезического оборудования трудоемкость снизилась с 0,5 человеко-часов до 0,4 человеко-часов. Ежегодно предприятия выполняет 334800 геодезических работ. Фонд рабочего времени составляет 1860 часов. Необходимо определить рост производительности труда и экономию численности. БИЛЕТ №21 Пространственный анализ данных в геоинформационных и земельно-информационные системах (ГИС и ЗИС). Пространственные распределения элементов территорий Одним из основных элементов анализа является определение закономерностей в пространственном положении объектов местности. Так как, на расположение объектов влияет огромное количество факторов окружающей среды, то они имеют определенные пространственные размещения, отражающие влияние этих факторов. Используя данные зависимости, сведения об объектах местности, а также анализируя пространственные распределения объектов устанавливаются факторы влияющие на исследуемые объекты или область их размещения. Таким образом, при анализе пространственных распределений, определяющими характеристиками объекта является не объем пространств занимаемый объектом или его форма, а расположение в пространстве, которое может характеризоваться количеством объектов в определенной области и тем как они распределены – равномерно или группами, насколько удалены друг от друга, а также связь между объектами и с общим размером занимаемой площади. Под пространственными распределениями понимается расстановка, порядок, концентрация или рассеянность, соединенность или бессвязность многих объектов в пределах заключающего их географического пространства. Пространственное расположение при анализе может указать на механизмы возникновения самих исследуемых объектов. Так как, пространственные объекты реального мира описываемые геоинформационными системами представляются объектами тремя типов, то пространственные распределения для объектов разного типа соответственно анализируются разными методами. Рассмотрим основные методы анализа распределений. Распределения точек Наиболее распространенные методы анализа пространственных распределений применяются к точечным объектам. Основной мерой точечного распределения является плотность точек, определяемая как результат деления числа точек на общую площадь, на которой они расположены (n/S). Плотность может определяться как для разных областей с целью их сравнения, так и для одной области, но в разные моменты времени (определение динамики изменений). Кроме плотности распределения, можно оценить форму распределения. Точечные распределения встречаются в одном из четырех возможных вариантов: равномерном (если число точек в каждой малой подобласти такое же, как и в любой другой подобласти), регулярном (если точки расположены в узлах сетки, разделенные одинаковыми интервалами по всей области), случайном, кластерном (если точки собраны в тесные группы). Точечные распределения могут описываться не только количеством точек в пределах подобластей. Часто анализируются локальные отношения внутри пар точек, что достигается применением метода анализа – анализ ближайшего соседа. Вычисление этого статистического показателя включает определение среднего расстояния до ближайшей соседней точки среди всех возможных пар ближайших точек. Данный метод позволяет оценить меру разреженности точек в распределении, что дает возможность оценить вероятность возникновения конфликтов между точечными объектами. Точечные распределения могут также характеризоваться с помощью полигонов Тиссена (диаграммы Дирихле и диаграммы Воронова). Они основаны на наращивании вокруг точек полигонов, показывающих возможные зоны влияния на другие точки. Распределения линий Линейные объекты часто находятся между собой в определенных взаимоотношениях, и определив характер их распределения можно более уверенно сказать о происхождении объектов. Простейшей мерой распределения линий является их плотность. Плотность определяется как отношение суммы длин линий к площади области, на которой они расположены. Определение плотности линий актуально только для сравнения с аналогичными величинами для других областей или для той же области в разные моменты времени. Так же как и для точек, для линий используется анализ ближайшего соседа, а также анализ пересечений с другими линиями. Однако это достаточно сложные задачи, к тому же результат анализа зависит от длины линий и их изогнутости. Другими характеристиками линейных объектов являются ориентация, направленность и связанность. Связанность используется для характеристики линейных сетей и является ее мерой сложности. Имеется несколько методов для определения связанности, из которых наиболее общими являются гамма-индекс и альфа-индекс. Гамма-индекс является отношением числа существующих связей между парами узлов сети, L, к максимально возможному числу связей в том же наборе узлов, Lmax, которое зависит от от числа узлов V. При этом Lmax=3(V-2). Гамма-индекс определяется как =L/Lmax=L/(3(V-2), и находится в диапазоне [0 (нет связей);(все возможные связи присутствуют)]. Альфа-индекс является мерой соединенности узлов контурами альтернативных маршрутов. Он является отношением имеющегося в сети числа контуров к максимально возможному числу контуров в сети и определяется как =(L-(V-1))/(2V-5). Альфа-индекс также находится в диапазоне [0 (сеть без контуров);1 (сеть с максимальным числом контуров)]. Распределения полигонов Анализ распределений полигонов во многом подобен анализу распределения точек – через определение плотности полигонов на единицу площади области изучения. Однако, в этом случае определяется не количество полигонов на единицу площади, а относительную долю площади полигона. Полигоны, как и точки, могут быть сгруппированы, рассеяны (регулярно), или случайным образом разнесены по отношению друг к другу. Кроме того, площадные объекты могут быть соединены между собой, или удалены на некоторое расстояние. Для характеристики пространственного распределения смежных полигонов используется статистический показатель соединений – статистик соединений. Статистик соединений (соединение – общая граница двух смежных полигонов) подсчитывает количество соединений в полигональном распределении и характеризует структуру соединений. Данный показатель позволяет оценить, какое распределение имеют полигоны: кластерное (если полигоны сгруппированы по типам), разреженное (если большое количество соединений разнотипных полигоном) или случайное (если большое количество соединений как однотипных, так и разнотипных полигонов). Анализ пространственных распределений элементов территорий (представленные объектами тремя типов: точки, линии и полигоны), является основной частью геоинформационных систем. Приведенные выше характеристики пространственных распределений являются базовыми для ГИС претендующих на применение в области анализа территории. Перспективы использования цифровых топографических карт (ЦТК) в землеустройстве. Использование цифровой модели местности (ЦММ) уменьшает затраты на изготовление карт и планов, т. к. в ряде случаев представляется возможным обойтись без выполнения полевых работ по сбору исходной топографической информации Потребители топографо-геодезической информации имеют возмож- ность получать не один универсальный документ (топографическую карту или план), требующий дополнительной переработки, а целый ряд материалов различного содержания и формы, необходимых для решения конкретных за- дач. Такой подход обеспечивает потребности различных отраслей народного хозяйства в топографо-геодезических и картографических материалах, даѐт большой экономический эффект, обусловленный многократным и многоцеле- вым их использованием. Различные виды картографической продукции в ви- де электронных и цифровых карт широко используются при оперативном управлении промышленностью, транспортом и сельским хозяйством, анализе социальных ресурсов, планировании использования материальных и природ- ных ресурсов, поиске полезных ископаемых, мониторинге экологической об- становки, принятии решений в чрезвычайных ситуациях. Эти средства карто- графического обеспечения позволяют получать новые знания о Земле, мест- ности, характеристике ее элементов и объектов (например, плотность населе- ния, густота дорожной или речной сети, количество объектов определенных классов, данные о расстояниях и площадях). Различные карты являются от- ражением трехмерной модели местности. Изображение динамики происхо- дящих событий, привязанное к карте, имеет четвертое измерение – время. Следовательно, важнейшим преимуществом электронных карт является их способность передавать информацию в режиме реального времени. Однако, следует отметить, что цифровая картография не является про- должением традиционной (бумажной) технологии. Она развивалась в ходе общего развития программного обеспечения геоинформационных систем (ГИС) и поэтому часто рассматривается как второстепенная ГИС- составляющая, не требующая вложения больших сил и средств в отличие от бумажной карты, которую создаѐт коллектив опытных специалистов, выпол- няющих рутинную работу по обработке первичного материала. Для создания цифровой карты нужен лишь персональный компьютер, внешние устройства, программное обеспечение и исходная (в общем случае бумажная) карта. Из-за видимой легкости и простоты происходит недооценка цифровой картографии со всеми вытекающими отсюда последствиями. В результате цифровым кар- тографированием занимаются не только профессионалы, а отрыв от теории и методики традиционной картографии приводит к потере качества передачи геометрических и топологических форм объектов карты. Поэтому в настоящее время возрастает потребность в подготовке спе- циалистов, владеющих не только знаниями ГИС-технологий, но и традицион- ными методами картографии. В области сельского хозяйства геоинформационные системы способны решать задачи по планированию урожая, составлению севооборотов, подбору системы удобрений, оценки плодородия земель, участвовать в выборе направления развития определённого хозяйства. Можно рассматривать информационные системы нескольких уровней: - региональный - составление системы по определенному региону с целью наглядной демонстрации плодородия земель, возможных урожаев основных видов культур при определённом уровне применения удобрений, принятия решений по улучшению сельского хозяйства региона. Такие геоинформационные системы имеют большое значение для руководителей административного аппарата. (пример: возможность выращивания тех или иных сельскохозяйственных культур. Оценка затрат на получение более высоких урожаев, какие культуры наиболее выгодно выращивать в данном регионе, и т.д.) - государственный – ГИС типов земель РФ. Важно для развития области в целом. - локальный – на данном уровне ГИС создаётся непосредственно для определённого хозяйства, с целью увеличения эффективности использования земельного ресурса, повышения качества продукции и увеличения коэффициента рентабельности. Изображения, полученные со спутников IKONOS, LANDSAT, SPOT успешно применяются в следующих сферах: анализ сельскохозяйственного потенциала, рациональное землепользование, определение мировых запасов пищевых продуктов, исследования биологической вариативности (выделение и идентификация различных типов с/х культур), определение ирригационных зон, страхование с/х участков, оценка ущерба, нанесенного с/х угодьям. Космическая съемка представляет собой постоянно обновляемый источник информации, который может помочь предприятиям и организациям, занятым в сельском хозяйстве, принимать правильные и оперативные решения в целях преодоления последствий наводнений, борьбы с паразитами и прогнозирования урожаев (К.Н. Дьяконов, А.В. Дончева, 2002). Возможности применения ГИС в сельском хозяйстве: - выделение с/х районов на фоне других типов земной поверхности; - определение структуры почвенного покрова; - оценка урожайности; - определение спектральных характеристик, для использования в целях определения различных типов зерновых (рожь, пшеница и т.д.); - высокоточное картографирование возделываемых земель; - определение оптимальных районов сбыта с/х продукции; - оптимизация планов транспортировки с/х продуктов на рынки сбыта; - определение ущерба, нанесенного с/х участкам и страхование земель; - выделение затопленных площадей; - определение областей вымерзания озимых посевов, выявление мест скопления вредных насекомых, контроль ирригации земельных участков; - выделение поврежденных областей и работы, связанные со страхованием земельных участков; - определение вредного воздействия, оказываемого на состояние с/х культур в результате применения химикатов, а также под влиянием природных факторов; - выявление районов возделывания культур, запрещенных законом; - выделение и нанесение на карту районов, где возделываются с/х культуры, используемые в производстве наркотиков; - планирование операций, которые необходимо предпринять в областях возделывания запрещенных законом культур; - рациональное землепользование; - постоянное обновление информации о структуре почвенного покрова, концентрации растительных насаждений, определение состояния и степени повреждения (заболеваемости) растений; - выделение границ посевных площадей; - разработка моделей, необходимых для планирования с/х деятельности (производство и разработка с/х продуктов, прогнозирование урожаев); - изучение проблем водного режима с/х угодий (определение влажности почвенного покрова, состояния ирригационной системы, принятие мер по оптимизации гидрографической сети); - планирование распыления пестицидов и внесения удобрений. Выделение различных типов земной поверхности, использование при планировании пахотных работ для создания оптимальных условий культивирования растений в зависимости от типа почв (Савин, 1998). Геоинформационные системы нашли широкое применение в почвенных и экологических исследованиях. Электронное картографирование (оцифровка карт) - это перевод в цифровое, электронное изображение обычных бумажных карт. Это даёт возможность неограниченного числа копий, удобство и простота внесения изменений, неограниченное время хранения карт. Метод широко используется в картографии. Система автоматического проектирования (САПР) на базе карт и ГИС: САПР позволяет нам на базе имеющихся карт и баз данных, при помощи программы составлять проект сельскохозяйственных угодий. То есть программа, сама разбивает имеющуюся площадь по полям, составляет наиболее оптимальные севообороты, для данной площади, рассчитывает дозы удобрений, оптимальные сроки проведения полевых работ (при наличии в ГИС метео карт и рекомендаций). Данный метод наиболее перспективен в почвенных исследованиях, но требует колоссальных затрат времени и сил. Моделирование: при помощи цифровых карт и программ мы можем моделировать некоторые процессы во времени, такие как развитие эрозии во времени, возможность заболачивания почв, вторичного засоления почв, составление прогноза уровня гумуса. Экологическое моделирование – на основе цифровой модели мы можем оценить последствия применения пестицидов, их деградацию, миграцию и аккумуляцию в ландшафте. Почвенный мониторинг: при помощи данного метода мы можем проследить динамику почвенных изменений во времени. Созданная база данных постоянно дополняется результатами новых измерений. В базе данных хранятся результаты измерений проведённых в одних и тех же местах, но в разное время. ГИС включает: - базы данных по сельскохозяйственным землям всех форм собственности по системе геоинформационных показателей с возможностью составления отчетов по одному или комплексу заданных показателей; - позволяет осуществлять мониторинг сквозной системы информационных показателей, организующихся по следующей схеме пространственных операционных единиц: контур землепользования – сельский округ/городская администрация – район – республика в целом и прогноз развития сельскохозяйственного землепользования; - имеет картографический блок со слоями: почвенно-ландшафтная карта, агроэкологические карты, гидрографическая сеть (водоохранные зоны), растительность (экологический каркас), дороги, населенные пункты и постройки, природоохранные объекты и т.д.; - содержит экспертные модули анализа показателей продуктивности сельскохозяйственных культур за прошедший период, поддержки принятия решений по краткосрочному и долгосрочному планированию землепользования и моделирования вариантов управленческих решений. С помощью такой ГИС можно производить анализ пространственной дифференциации по заданным показателям, выявлять проблемные ареалы и возможные источники проблем. В возможности ГИС необходимо включать модуль совмещенного анализа цифровых карт и дешифрированных космоснимков. Это - технологии ближайшего будущего, на которые необходимо ориентироваться в перспективе. К возможностям технологий с использованием данных дистанционного зондирования относится: оперативное и детальное дешифрирование влагозапасов в почве, температурных полей, всех характеристик почв, эрозионных процессов, дат фенофаз растений, поврежденности посевов, прогноза урожайности и опасных для сельского хозяйства природных явлений. Развитие ГИС предусматривает создание цифровых картосхем участков землепользования с обозначением полей севооборотов, относительно которых будут накапливаться сведения по состоянию земель, урожайности сельхозкультур и агротехническим мероприятиям. Составляющие ГИС используются для разработки оптимизационных экономико-математических моделей, мониторинга сельскохозяйственного производства, составления ежегодных адресных прогнозов и рекомендаций. Разумеется, такая ГИС не решает быстро всех проблем сельскохозяйственного производства, но она обеспечивает инженерный подход к организации его прогрессивного развития. И, самое главное, альтернативы этому подходу нет.  |