Тематические карты
Тематические карты – это карты, созданные по определенной теме и пред- назначенные для демонстрации каких-либо объектов или явлений.
Геоинформационные системы позволяют достаточно быстро создавать те- матические карты, используя определенный набор автоматизированных проце- дур. Такие процедуры позволяют на основе четко формализованных правил на- глядно представить данные с помощью различных изобразительных приемов [6].
В ГИС под созданием тематической карты понимается процесс тематиче- ского выделения (оформления) какого-либо слоя с помощью определенного пра- вила. В ГИС тематические карты могут быть выполнены двумя альтернативными способами.
128 1. Формирование нового тематического слоя. Этот способ предполагает создание дополнительного слоя, который содержит тематические объ- екты. Такой слой является особым и, как правило, динамическим. По- следнее означает, что при изменении данных в исходном слое темати- ческий слой автоматически обновляется. Достоинством способа явля- ется возможность эффективно управлять таким слоем, например, изме- нять его видимость. Кроме того, для одного исходного слоя можно сформировать несколько тематических слоев, отражающих разные яв- ления. Данный способ создания тематических карт используется в
MapInfo Professional.
2. Тематическое выделение слоя. В данном способе задается правило ви- зуализации объектов слоя. В п. 4.2 было сказано о двух альтернативных подходах к визуализации векторных данных. Тематическое выделение слоя предполагает использование второго подхода – визуализатора данных. Таким образом, объекты слоя визуализируются либо единооб- разно, либо тематически.
Правило визуализации тематических данных обязательно включает в себя указание источника этих данных. Это может быть какой-либо атрибут или вы- числяемое выражение по одному или нескольким атрибутам.
Тематическая переменная – переменная, используемая в процедуре тема- тического выделения объектов слоя. Для каждого объекта принимает значение, равное значению соответствующей записи в определенном поле или значению, полученному вычислением значений полей из этой записи.
Рассмотрим основные методы (тематические визуализаторы), используе- мые для создания тематических карт.
В методе диапазонов используется одна тематическая переменная число- вого типа. Суть метода заключается в следующем. Интервал значений тематиче- ской переменной разбивается на диапазоны, число которых может настраивать пользователь. Каждому диапазону назначается свой уникальный графический стиль. В итоге объекты, попавшие в один диапазон, на карте визуализируются стилем этого диапазона.
Разбиение на диапазоны можно выполнять по-разному. В большинстве
ГИС поддерживаются следующие способы:
равные диапазоны – ширина всех диапазонов одинаковая. Например,
1–100, 101–200, 201–300 и т. д.;
129 равное количество объектов – ширина диапазонов вычисляется таким образом, чтобы число объектов, попавших в каждый диапазон, было приблизительно одинаковым; равная площадь объектов – ширина диапазонов вычисляется таким об- разом, чтобы суммарная площадь объектов, попавших в каждый диапа- зон, была приблизительно одинаковой; диапазоны, заданные пользователем – ширина каждого диапазона за- дается пользователем. Кроме этих способов встречаются и другие, основанные, например, на квантовании, дисперсии данных и т. п. Существуют различные способы формирования графических стилей диа- пазонов. Наиболее часто используется градиентный способ. В этих способах ГИС может автоматически рассчитывать для каждого диапазона: цвет на основе выбранной пользователем цветовой схемы; штриховку; ширину линии; поворот символа. Если метод диапазонов применяется к слою с площадными объектами, то такая карта называется картограммой. Метод диапазонов может применяться не только к слоям с площадными объектами, но и к слоям с линейными или точечными объектами. Для слоя с ли- нейными объектами можно использовать расчет цвета и ширины линий, а для слоя с точечными объектами – цвет, размер символа или поворот символа. В методе диаграмм используются две и более тематических переменных числового типа. Метод предполагает построение диаграмм около каждого объ- екта слоя (обычно центр диаграммы совпадает с центроидом объекта). Наиболее часто используются столбчатые и круговые диаграммы, также называемые кар-тодиаграммами. В столбчатой диаграмме (рис. 5.5) каждый столбец соответствует одной тематической переменной, а его высота пропорциональна значению тематиче- ской переменной для данного объекта (как правило, используются линейная, квадратичная и логарифмическая зависимости). Дополнительно пользователь может настраивать графические стили столбцов, их ширину, ориентацию и др. 130 Соотношение мужчин и женщин 4 900 000 Мужчины Женщины Рис. 5.5 – Тематическая карта, построенная методом столбчатых диаграмм В круговой диаграмме каждый сектор соответствует одной тематической переменной, а его угол пропорционален значению тематической переменной для данного объекта. Круговые диаграммы бывают двух типов: с фиксированным ра- диусом и с переменным. В последнем случае радиус может вычисляться пропор- ционально сумме значений всех секторов диаграммы или пропорционально до- полнительной тематической переменной. Обычно дополнительно пользователь может настраивать графические стили секторов, их ориентацию и др. В методе размерных символов используется одна тематическая перемен- ная числового типа. Метод предполагает формирование точечного символа, раз- мер которого пропорционален значению тематической переменной для данного объекта (как правило, используются линейная, квадратичная и логарифмическая зависимости). Пользователь может задавать правила такой пропорции и исполь- зуемый тип символа. Данный метод похож на метод диапазонов в случае точечных объектов, когда каждому диапазону соответствует символ определенного размера. Однако в методе диапазонов два объекта, имеющие различные значения тематической переменной, но попадающие в один диапазон, на карте будут показаны одинако- вым символом. Однако в методе размерных символов такие объекты будут иметь все же разный размер. В методе плотности точек используется одна тематическая переменная числового типа. Суть метода заключается в следующем. Каждый площадной объект случайно и равномерно покрывается сетью точек, причем число этих то- чек пропорционально значению тематической переменной для данного объекта (рис. 5.6). Очевидно, что этот метод применим только для слоев с площадными
131 объектами. Обычно пользователь может задавать правила такой пропорции и ис- пользуемый тип точки.
Численность населения
1 точка = 20 000 человек
Рис. 5.6 – Тематическая карта, построенная методом плотности точек
В методе индивидуальных значений точек используется одна тематическая переменная, произвольного типа. Здесь каждому уникальному значению темати- ческой переменной соответствует группа, имеющая уникальный графический стиль. Такой метод используют для группировки объектов по категориям
(рис. 5.7).
Страны по континентам
Австралия
Антарктида
Европа
Северная Америка
Азия
Африка
Океания
Южная Америка
Рис. 5.7 – Тематическая карта, построенная методом индивидуальных значений
132 Визуализация растровых данных В ГИС для визуализации растровых данных также используется принцип послойной организации карты. При этом каждое изображение будет представ- лено в виде отдельного слоя. В современных ГИС, как векторных, так и растро- вых, на карте могут быть одновременно показаны и векторные, и растровые слои. Учитывая, что карта может быть показана в различных проекциях, важно чтобы в ГИС был предусмотрен механизм перепроецирования растровых слоев. Если перепроецирование векторных слоев реализуется относительно лег- ко, то перепроецирование растровых слоев – более сложная задача. На практике для этого обычно используют алгоритмы ближайшего соседа и кубическую свертку. Задача перепроецирования особенно актуальна при совмещении вектор- ных данных и данных дистанционного зондирования Земли, например космо- снимков. Растровые данные имеют различное происхождение. Это может быть от- сканированное изображение бумажной карты, используемое в качестве под- ложки карты, аэро- или космоснимок. В последнем случае изображение может быть сделано не в оптическом диапазоне, а, например, в инфракрасном или быть многоканальным, что требует особых способов его визуализации. Визуализация полноцветных и черно-белых изображений выполняется обычно «один к одному». При этом пользователь обычно может настраивать яр- кость, контрастность, баланс цветов и степень прозрачности растра. Последнее позволяет размещать растровые слои над векторными и при этом не перекрывать их полностью. Для визуализации многоканальных растровых данных наиболее часто ис- пользуется так называемая RGB-композиция. Каждый канал композиции соот- ветствует одному из каналов многоканального изображения. Однако если кана- лов больше трех, то канал композиции может соответствовать нескольким кана- лам исходного изображения, объединенных определенным правилом. Для одноканального изображения применяют визуализацию по уникаль-ным значениям, суть которой схожа с методом индивидуальных значений, ис- пользуемым для построения тематических карт. Данный способ предполагает использование специальной таблицы соответствия уникального значения пик- селя и его цвета при визуализации, называемой палитрой. В ГИС также приме- няют визуализацию по диапазонам значений, суть которой схожа с методом диа- пазонов, используемым для построения тематических карт. Большинство совре- менных ГИС поддерживает как широко известные растровые форматы GIF,
133
JPEG, TIFF, BMP и др., так и форматы спутниковых снимков, например, формат
BIL (SPOT).
Генерализация
В геоинформационных системах карту, в отличие от ее бумажного вари- анта, можно визуализировать с различным масштабом. Однако при уменьшении масштаба часто возникает проблема с перегруженностью карты.
Под генерализацией понимается процесс, позволяющий выявить главные элементы карты, которые будут перенесены на карту меньшего масштаба, а остальные будут удалены.
Несмотря на наличие определенных методик, сформированных еще в эпоху бумажной картографии, задача генерализации является достаточно слабо формализованной и субъективной, требующей творческого подхода. Тем не ме- нее, в ГИС существуют определенные методы и процедуры, позволяющие авто- матизировать отдельные этапы этой задачи.
Одним из первых решений, реализованных в ГИС, стало использование так называемого масштабного эффекта. Суть решения достаточна проста: для слоя задаются диапазоны масштаба карты, в пределах которого слой является види- мым. При выходе за пределы диапазона объекты слоя не визуализируются. Оче- видно, что использование масштабного эффекта может решить задачу генерали- зации лишь отчасти.
Существуют и другие решения данной задачи. Как правило, они представ- лены в ГИС виде отдельных операций. Рассмотрим наиболее часто используе- мые из них.
Удаление мелких объектов. Данная операция позволяет удалить объекты, площадь и/или линейные размеры которых меньше заданной величины.
Упрощение объектов. Эта операция позволяет упростить форму линейных или площадных объектов за счет удаления почти совпадающих узловых точек или почти лежащих на одной прямой. При этом обычно задается максимальное расстояние между точками и максимальное отклонение от прямой линии, соеди- няющей соседние точки.
Сглаживание объектов. Эта операция позволяет сгладить форму линей- ных или площадных объектов за счет применения методов аппроксимации.
Объединение близко расположенных объектов. При выполнении данной операции объекты, расстояние между которыми меньше заданной величины, бу- дут объединены.
134 Снижение размерности. Как правило, эта операция заменяет площадные объекты, имеющие площадь меньше заданной, на точечные объекты, или имею- щие линейные размеры вдоль некоторого направления, – на линейные объекты. Оконтуривание групп объектов. Данная процедура позволяет заменить группу близко расположенных объектов одним площадным объектом. 5.5 Задачи пространственного анализа, решаемые современными ГИС В данном параграфе мы перечислим те задачи пространственного анализа, которые могут решаться на базе рассмотренных векторных топологических мо- делей (иногда на векторных моделях, о чем будет специально отмечено). Простейшей группой пространственных задач, доступной для решения и на векторных моделях, являются пространственные запросы, позволяющие вы- брать пространственные объекты как по значениям полей базы данных, так и по пространственным признакам положения ( Location), таким как: принадлежность точки, линии, полигона прямоугольной зоне, заданной координатами вершин, пересечение с границей зоны; попадание в буферную зону, заданную расстоянием от точки или ли- нии. Полигональные операции: наложение (оверлей) полигонов, в том числе с сохранением результата в новый слой; наложение (оверлей) полигонов и сетей, в том числе с сохранением ре- зультата (рассеченных полигонов) в новый слой; снятие границ и слияние соседних полигонов (слияние собственности), слияние полигонов по признакам. Анализ близости: генерация диаграмм Вороного; построение буферных зон со слиянием и без слияния: на множестве то- чек, на множестве кривых, на множестве полигонов; построение буферных зон с взвешиванием факторов. Анализ сетей: поиск кратчайшего пути с вариантами взвешивания дуг и узлов, моде- лирующими, например, пробки на дорогах, таможенные платежи; 135 суммирование значений атрибутов (например, пробег) по элементам сети до момента достижения ограничения (растекание потока в сетях с взвешиванием дуг и узлов); задача о максимальном потоке и минимальном разрезе (пропускная способность сетей и продуктопроводов); размещение центров и распределение ресурсов в сети; поиск пространственной смежности и ближайшего соседа; геокодирование (вычисление пространственных координат зданий по их почтовому адресу). Функции картографической алгебры ( Geoprocessing): вычисление минимальных, максимальных и средних значений по мно- жеству слоев (как правило, однородных по содержанию, но разных по времени), возведение в степень, дифференцирование; переклассификация и пересборка полигонов по значениям полей базы данных (Dissolving); сложение (вычитание, умножение, деление) слоев (тем) карты; вырезание одного слоя другим; логические комбинации слоев (тем) (пересечение – совместная встре- чаемость явлений); слияние данных по топологической принадлежности; анализ формы (вытянутость, фрагментированность). Цифровое моделирование рельефа ( возможно на векторной модели): вычисление углов наклона рельефа (по TIN и регулярной сетке); определение экспозиции склонов (под каким углом виден склон при за- данном положении источника излучения или камеры); интерполяция высот (для построения регулярной сетки по TIN); определение зон видимости для точечных объектов, линейных объек- тов и полигонов; генерация горизонталей с высотой, заданной пользователем; определение границ водораздела, расчет дренажной сети и оптималь- ного пути по поверхности; генерация профилей поперечных сечений по TIN и равномерной сетке; вычисление объемов относительно заданной горизонтальной плоско- сти и минимизация вывоза грунта.
136
Прочие функции:
логические операции на множестве карт;
генерация случайной пространственной сети замеров явления;
работа с базами атрибутивной информации;
работа с базами геоданных.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Контрольные вопросы по главе 5
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
1. Какие типы объектов присутствуют на электронной карте?
2. Чем отличается полигональный объект от линейного?
3. В чем суть задачи геокодирования?
4. Что такое буферная зона?
5. Что такое узел и какие типы узлов используются?
137
Заключение
Представленный в данном пособии материал является базой для успеш- ного изучения последующих специализированных курсов, поскольку все они неизбежно посвящены одной или ряду конкретных информационных техноло- гий.
Составитель пособия надеется, что представленный материал не только позволил ощутить дух и основные идеи современных информационных техно- логий, но и поддержит в обучающихся интерес к дальнейшему самосовершен- ствованию в данной бурно развивающейся в настоящее время области знаний.
138
Литература
1. Шатунова, О. В. Информационные технологии : учеб. пособие /
О. В. Шатунова. – Елабуга : Изд-во ЕГПУ, 2007. – 77 с.
2. Бауэр, Ф. Л. Информатика : в 2 ч. / Ф. Л. Бауэр, Г. Гооз. – М. : Мир,
1990.
3. Советов, Б. Я. Информационные технологии / Б. Я. Советов, В. В. Це- хановский. – М. : Высш. шк., 2006. – 263 с.
4. Барсегян, А. А. Анализ данных и процессов : учеб. пособие / А. А. Бар- сегян, М. С. Куприянов, И. И. Холод, М. Д. Тесс. – СПб. : БХВ-Петер- бург, 2009. – 512 с.
5. Турлапов, В. Е.Геоинформационные системы в экономике : учеб.-ме- тод. пособие / В. Е. Турлапов. – Н. Новгород : НФ ГУ-ВШЭ, 2007. –
118 с.
6. Жуковский, О. И. Геоинформационные системы : учеб. пособие /
О. И. Жуковский. – Томск : Эль Контент, 2014. – 130 с.
7. Громов, Г. Р. От гиперкниги к гипермозгу: информационные техноло- гии эпохи Интернета / Г. Р. Громов. – М. : Радио и связь, 2004. – 208 с.
8. Калмыков, А. А. Интерактивная гипертекстовая журналистика в си- стеме отечественных СМИ / А. А. Калмыков. – Москва ; Берлин : Ди- рект-Медиа, 2016. – 97 с.
139
Глоссарий
DTD (Document Type Definition) – определение типа документа, включает набор всех возможных разметок документов описываемого типа.
HTML (HyperText Markup Language) – язык разметки гипертекстов.
OLAP (On-Line Analysis Processing) – автоматизированные системы опера- тивной аналитической обработки данных.
OLTP (On-Line Transaction Processing) – автоматизированные системы опе- ративной обработки транзакций.
SGML (Standard Generalized Markup Language) – стандартный обобщенный язык разметки.
XML (eXtensible Markup Language) – расширяемый язык разметки.
ГИС – географическая информационная система, или геоинформационная система. Можно рассматривать ГИС как набор аппаратных и программных ин- струментов, используемых для ввода, хранения, манипулирования, анализа и отображения пространственной информации.
ГИС-платформа – многообразие ПО ГИС одного производителя.
Диаграммы потоков данных (ДПД или DFD) – технология описания асин- хронного процесса преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи пользователю.
Документальные системы – автоматизированные информационные систе- мы, служащие для работы с документами на естественном языке.
Информационная технология – совокупность методов и способов получе- ния, обработки, представления информации, направленных на изменение ее со- стояния, свойств, формы, содержания и осуществляемых в интересах пользова- телей.
Монитор транзакций (Transaction Processing Monitor – ТРМ). Мониторы транзакций выполняют две основные функции: динамическое распределение за- просов в системе (выравнивание нагрузки) и оптимизация числа выполняю- щихся серверных приложений.
ПО – программное обеспечение.
Разметка документа – некоторая метаинформация, позволяющая опреде- лить структуру документа и его внешнее представление.
Разметка или кодирование (encoding)–любой метод выявления интерпре- тации текста.
140 Редакторы документов– программы для обработки текстов, имеющих структуру. Редакторы текстов – программы, рассчитанные на редактирование глад- кого текста или программ на том или ином языке программирования. Технология – наука о законах производства материальных благ, содержа- щая три основные части: идеологию (принципы производства), орудия труда (станки, машины, агрегаты) и кадры, владеющие профессиональными навыками. Транзакция– неделимая с позиции воздействия на БД последовательность операции манипулирования данными. Фактографические системы – автоматизированные информационные си- стемы, оперирующие фактическими сведениями, представленными в виде спе- циальным образом организованных совокупностей формализованных записей данных. Язык разметки – набор соглашений о разметке, используемых в комплексе для кодирования текстов.
Учебное издание
БАЗОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
И ПРОЦЕССЫ
Составитель: Олег Игоревич Жуковский
Учебное пособие
Корректор А. Н. Миронова
Оригинал-макет А. Е. Ли-До-Шан
Подписано в печать 30.06.2020. Формат 60х84 1
/
16
Бумага офсетная. Гарнитура Times.
Усл. печ. л. 8,25.
Тираж 150 экз. Заказ № .
Издательство «Эль Контент»
634061, г. Томск, ул. Киевская, д. 57, оф. 27
| 
Скачать 2.47 Mb.