Курсовая Структура и форматы пространственных данных

На мой взгляд, если говорить о геоинформационных  технологиях, то они дали большой толчок в развитии нашего будущего, ведь без ГИС- технологий, на данный момент нельзя обойтись не в одной отрасли промышленности, будь то сельское хозяйство или лесодобывающая промышленность. Теперь, поговорим про роль ГИС- технологий в каждой промышленности.

   В сельском хозяйстве с помощью геоинформационных технологий, решаются такие задачи, как, например :

-  Информационная поддержка принятия решений

- Планирование агротехнических операций

- Мониторинг агротехнических операций и состояния посевов

- Прогнозирование урожайности культур и оценка потерь

- Планирование, мониторинг и анализ использования техники.

   Планирование агротехнических операций, которое осуществляется на основе данных ГИС, позволяет сократить простои в работе в случае нехватки кадров или техники, снизить стоимость агротехнических операций на единицу обрабатываемой площади и улучшить показатели урожайности.                                  

В ходе мониторинга агротехнических операций и состояния посевов, осуществляется регистрация всех агротехнических операций, затрат на их проведение, фиксация состояния посевов посредством наземных измерений, экспертных оценок агрономов.

 Прогнозирование урожайности культур и оценка потерь, позволяет отслеживать динамику развития сельскохозяйственных культур, условий вегетации, определять сроки их созревания и оптимальные сроки начала уборки, проводить экономический анализ при минимальном и максимальном уровнях урожайности стабильно возможных для конкретных условий.

В лесном хозяйстве, также невозможно обойтись без ГИС- технологий. Так как современное лесоустройство вполне освоило ГИС- технологии и активно их применяет в камеральном периоде своего производственного процесса при создании лесных карт. Используя в своих производственных процессах цифровые методы обработки данных и ГИС технологий. Внедрение ГИС- технологий в лесное хозяйство, означает передачу лесхозам картографических баз данных, при этом у лесхоза появляется возможность самостоятельного получения и печати рабочих вариантов лесных карт на интересующий объект.

Также ГИС- технологии играют, довольно немаловажную роль, в ещё одной первостепенной отрасли- строительстве. Задачами, которые они решают, являются : - Выбор участка под застройку с учётом всех необходимых параметров ( удалённость от промышленных зон, характеристика почв и глубина залегания грунтовых вод, точные границы административных районов, состояние и параметры рынка недвижимости на прилегающих территориях. )

• Планирование размещения объектов распределённой социальной инфраструктуры в районе застройки с учётом уже имеющейся инфраструктуры прилегающих территорий.
• Проектирование инженерных и энергетических сетей района жилой застройки с учётом рельефа местности и характеристик грунта.
• Определение и оптимизация требующегося количества техники, сил и средств для выполнения строительных работ.
• Определение ближайших поставщиков строительных и отделочных материалов, специализированных организаций, предоставляющих инженерные и другие необходимые в процессе строительства услуги.
• Расчёт наиболее подходящих маршрутов доставки строительных материалов с целью сокращения сроков и минимизации стоимости доставки.

Повысить качество решения таких сложных и трудоёмких, при ручной или частично автоматизированной обработки информации, задач, а также существенно сократить сроки на их выполнение помогают средства пространственного моделирования и анализа ГИС. Это стало возможным, за счёт автоматизации комплексной оценки параметров местности, по которой предполагается прокладка трассы. Использование прикладных ГИС позволяет создавать несравненно большее количество вариаций маршрутов, сопоставлять их характеристики и выбирать действительно оптимальный вариант прокладки трассы. Причём, при минимальных затратах времени и трудоресурсов. Развитые средства импорта данных позволяют использовать в прикладных ГИС федеральные, муниципальные и отраслевые базы данных, информацию проектных и научно- исследовательских институтов и других заинтересованных организаций в стандартных форматах. Это существенно сокращает затраты на получение исходной информации о характеристиках исследуемой территории. Кроме того, пространственные данные, впервые получаемые при производстве инженерно- изыскательных работ заносятся в базу ГИС один раз, а используются впоследствии многократно и для решения самых разнообразных задач.

   Целью работы является изучение структуры и форматов пространственных данных, а также ознакомление с регулярными сетями пространственных данных в некоторых ГИС.         

   Методы исследования- изучение и обобщение сведений из интернет- библиотек, различных интернет- источников.

   Задачи: 1. Рассмотреть, что такое пространственные данные и как они появились.

2. Рассмотреть структуру и формат пространственных данных.
3. Рассмотреть регулярные пространственные данные.

   Объектом исследования являются пространственные данные.

   Предметом исследования являются пространственные данные и регулярные сети в ГИС.

   Структура работы: курсовая работа состоит из введения, 2 глав, 4 параграфов, заключения. Общий объём работы 31 страница печатного текста, 2 рисунка. Список использованной литературы включает 12 наименований.

                            Глава 1. Структура и форматы пространственных данных.

1.1. История появления пространственных данных.

Понятие “ пространственные данные “ возникло в начале 60-х годов 20в. В период первых экспериментов по созданию географических информационных систем, оперирующих пространственными данными и обеспечивающих технологический процесс их сбора, хранения, обработки, визуализации, обмена, распространения и использования в прикладных целях. Национальная инфраструктура пространственных данных была создана более чем в 120 странах.

   Под базовыми пространственными данными подразумеваются разрешённые к открытому опубликованию цифровые данные о наиболее используемых пространственных объектах, отличающихся устойчивостью пространственного положения во времени и служащих основой позиционирования других пространственных объектов. Метаданные- это данные, которые позволяют описывать содержание, объём, положение в пространстве, качество и другие характеристики пространственных данных и пространственных объектов.

   Пространственный объект- любой конкретный объект, который может быть определён индивидуальным содержание и границами и описан в виде набора цифровых данных.

   Появление ГИС означало коренной переворот в инструментарии моделирования географического пространства, реализацию принципиально нового способа его описания и представления в форме цифровых моделей.

   По мере развития геоинформационных технологий, цифровые модели ГИС стали альтернативой единственному средству моделирования географического пространства в виде карт и других картографических изображений и, что ещё более важно, решения пространственных задач, так как позволили заменить графические модели земной поверхности цифровыми, а в ряде приложений вытеснили традиционные картографические модели из тех областей, где их использование невозможно или нецелесообразно.

   Геоинформатика- это область, объединяющая науку о принципах и методах цифрового моделирования объектов реальности в форме пространственных данных, технологию создания и использования ГИС, производство геоинформационной продукции и оказание геоинформационных услуг, стала дополнением и естественным развитием традиционной картографии.

1.2. Что такое пространственные данные. Какие они могут быть.

Пространственные данные- данные о пространственных объектах и их наборах. Пространственные данные представляют с помощью следующих графических объектов: точки, линии, области и поверхности.

   Точечные объекты- это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства, представленной парой координат X,Y. В зависимости от масштаба картографирования, в качестве таких объектов могут рассматриваться дерево, дом или город.

   Линейные объекты, представлены как одномерные, имеющие одну размерность- длину, ширина объекта не выражается в данном масштабе или она не имеет особого значения. Примерами таких объектов могут послужить: реки, границы муниципальных округов, горизонтали рельефа.

   Области ( полигоны )- площадные объекты, представляются набором пар координат ( X,Y ) или набором объекта типа линия, представляющих собой замкнутый контур. Такими объектами могут быть представлены территории, занимаемые определённым ландшафтом, городом или целым континентом.

   Поверхность- при её описании требуется добавление к площадным объектам значений высоты. Восстановление поверхностей осуществляется с помощью использования математических алгоритмов ( интерполяции и аппроксимации ) по исходному набору координат X,Y,Z.

   Пространственные данные составляют основу информационного обеспечения геоинформационных систем. Совокупность пространственных данных, записанных тем или иным образом, называется пространственной базой данных. Современные пространственные БД организовываются на платформе специализированного программного обеспечения, позволяющего сохранять, накапливать и обрабатывать все компоненты пространственных данных в виде логической единой БД. Более подробными примерами пространственных данных могут служить : данные по курсам покупки и продажи определённой валюты в разных обменных пунктах города на конкретный день. Ещё одним примером, может послужить пример, связанный с температурой воздуха в разных городах России в определённый день.

1. Учебное пособие “ Геоинформационные системы “. Авторы :  Журкин И.Г., Шайтура С. В., год издания 2007, г. Москва
2. Сайт  geo.bsu.by https://geo.bsu.by/images/pres/soil/gisopt/gisopt05.pdf#:~:text=GRID%20(регулярная%20сеть)%20–%20это,в%20виде%20строк%20и%20столбцов
3. Сайт kpfu.ru https://kpfu.ru/portal/docs/F1685823411/GIS.pdf
4. Сайт studref.com https://ref.com/stud[1]316408/geografiya/modeli_dannyh
5. Сайт gistechnik.ru http://www.gistechnik.ru/book/Алгоритмы%20и%20структуры%20данных%20геоинформационных%20систем.pdf
6. Сайт studopedia.ru https://studopedia.ru/3_50746_guryanova-lv.html
7. Учебное пособие “ Геоинформационные системы “. Автор : А.С. Самардак, год издания 2008, г. Владивосток.
8. Учебное пособие “ Геоинформатика “. Авторы : Лайкин В.И., Упоров Г.А., год издания 2010, г. Комсомольск- на- Амуре.
9. Сайт tsamsonov.github.io https://tsamsonov.github.io/r-geo-course/spatial.html
10. Сайт ects.ru https://www.ects.ru/images/1621/Image/lektsii_gis.pdf
11. Сайт vunivere.ru https://vunivere.ru/work96045/page3
12. Сайт cyberleninka.ru https://cyberleninka.ru/article/n/sistema-modelirovaniya-grid-realizatsiya-i-vozmozhnosti-primeneniya
13. Геоинформатика, авторы : Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарёв, В.С. Тикунов, год издания 2004, г. Москва.
14. Геоинформационные системы, автор : Т.А. Ципилёва, год издания 2004, г. Томск.
15. Электронная библиотека elibrary.ry https://elibrary.ru/
16. Сайт radixtools.ru http://www.radixtools.ru/publish-gis-tech
17. Учебное пособие “ Геоинформационные системы “. Авторы : Н.А. Кащенко, Е.В. Попов, А.В. Чечин, год издания 2012, г. Нижний Новгород.
18. Учебное пособие “ Комплексная интерпретация данных ГИС “. Авторы : Б.А. Головин, М.В. Калинникова, А.Н. Кукин, год издания 2010, г. Саратов.
19. Учебное пособие “ Геоинформатика. Основы работы с географическими пространственными данными. “ Авторы : Е.С. Черепанова, С.В. Пьянков, А.Н. Шихов, год издания 2017, г. Пермь.
20. Учебное пособие “ Геоинформатика “. Автор : Н.В. Павлова, год издания 2021, г. Курск

[1]Сайт kpfu.ru https://kpfu.ru/portal/docs/F1685823411/GIS.pdf