ГИС – определение и основни компоненти 1. 2. 3. · Само чрез ГИС могат да се извършват географски и пространствени

ГИС в помощ на Планирането и Управлението на Парковете – гл. ас. инж. Иван Кунчев, УАСГ

ARD – България, GEF Проект за биологичното разнообразие стр. 1

ГИС – определение и основни компоненти 1. Техническа дефиниция – компютърни системи за въвеждане, съхраняване,

обработване, анализиране и визуализиране на пространствена информация.

2. Стратегическа дефиниция – философия, технология за организирането и

интегрирането на пространствена информация, която съдейства за вземането на решения,

базирани на геореферирана информация.

ГИС са системи за интегриране на данни, използващи пространственото им

местоположение. Само чрез ГИС могат да се извършват географски и

пространствени операции и анализи върху данните.

3. Основни компоненти – хардуер, софтуер, данни, методи и хора.

хардуер – хардуерът е компютърът и периферните устройства, с които работи ГИС.

Това може да бъде централизиран компютър сървър работещ под операционна система

UNIX или Windows NT, настолен компютър (PC) или Apple Macintosh. Компютърът може

да работи в мрежови или самостоятелен режим на работа. Основните хардуерни

компоненти са :

Компютри,

Мрежи,

Периферни устройства

принтери и плотери,

дигитайзери и сканери,

записващи устройства и др.

софтуер – ГИС софтуера осигурява функциите и средствата за въвеждане,

съхраняване, обработване, анализиране и визуализиране на пространствена информация.

Ключовите софтуерни компоненти са :

ГИС софтуер,

Системи за Управление на База Данни (СУБД),

Операционна система,

Мрежови софтуер.

данни – един от най-важните компоненти. Абсолютно необходимо условие е

данните да съответсвуват по точност и качество на поставената за решение проблем. В

следващото ще изброим някои различни типове данни :

векторни данни,

растерни данни и изображения,

атрибутни данни.

методи – методите са добре формулирани стратегии и специфични приложно –

ориентирани правила описващи как се прилага технологията ГИС. Това включва :

Ръководства и спесификации,

стандарти и процедури.

хора – ГИС технологията е немислима без хора, които да управляват и

администрират системата, както и да разработват планове за приложението и.

Ползвателите на ГИС варират от високо квалифицирани ГИС експерти до инженери,

архитекти, техници и т.н. ползватели, които използват ГИС за решаване на своите

специфични проблеми. Например могат да бъдат :

Администратори и мениджери,



ГИС или експерти в други области,

Крайни ползватели или консуматори.

Как картите представят географските обекти ? Географските обекти са разположени върху или близо до земната повърхност. Те

могат да бъдат : естествени (реки, растителност), конструкции (пътища, сгради),

териториално обвързани (административни граници, поземлени имоти).

1. Представяне на географската информация

Картите представят реалния свят посредством точки, линии и площи. Текст и

символи описват тези обекти.

Точки – точките определят дискретни местоположения на географски обекти,

които са твърде малки (за дадения мащаб), за да се изобразят като линейни или площни

обекти. Например : планински върхове, коти, точки от опорна и работна геодезическа

основа, кладенци и т.н.,

Линии – линиите изобразяват формата на географски обекти, които са твърде

тесни, за да се изобразят като площни обекти. Например : реки или улици (в средни или

дребни мащаби) или линейни обекти имащи дължина, но не и площ, като хоризонтали и

др. изолинии,

Площи – площите са затворени фигури, които представят формата и

местоположението на хомогенни обекти, като например : поземлени имоти, почвени

категории, земеползване,

Повърхнини – повърхнината описва нещо, което има трета координата (височина)

за всяка точка от нея. Например : всяка точка от земната повърхност има надморска

височина. Това ги прави трудни за изобразяване, тъй като няма ясни граници. Обикновено

се изобразяват върху картите като изолинии, т.е. линии имащи еднакви стойности.

2. Представяне на описателната информация

Картите отразяват описателната информация за географските обекти чрез символи

(условни знаци, типове линии и т.н.) и текст. Например : пътищата се представят със

съответната дебелина, цвят или тип линия според техния клас; хидрографските обекти

обикновено се изобразяват в синьо; наименованието на реки, местности, населини места и

т.н. се изобразяват със съответния шрифт и височина.

3. Представяне на пространствените отношения

Отношенията (взаимовръзките) са важни за потребителите, тъй като подпомагат да

се ориентират в дадена ситуация и да взимат решения. Отношение между географските

обекти базирано на местоположение се нарича пространствено отношение.

Пространствените отношения присъстват по неявен начин в картата. От

потребителя зависи той да ги “прочете” и интерпретира.

Как компютрите представят и съхраняват географските обекти ? Ще представим само двата основни компютърни модела, наричани

пространствени, за представяне и съхраняване на географските обекти.

1. Векторен модел на данните

Подобен е на начина, по който картите представят географските обекти. Всяко

местоположение се записва като (x,y) и/или (z) координати. Точките се записват като (x,y)

и/или (z) координати. Линиите се записват като поредица от координати, подредени в

определен ред. Подобно е и положението с площите. С цел поддържането на голям брой

обекти, към всеки един се формира т. нар. идентификационен номер. Този модел

поддържа повърхнини посредством изолинии.



Ако върху картата има изобразени общи граници между географските обекти, т.

нар. “двойни граници”, не е необходимо те да се съхраняват в модела, за всеки от

обектите, на които принадлежат. Това е неефективно. Един по ефективен начин за

съхраняване на векторни данни е т. нар. структура на данните “дъга-възел”. Тази

структура е въведена от американската компания ESRI, Inc. Тази структура предполага, че

възлите формират дъги, а дъгите формират полигони. Под “възли” се разбират двете

крайни точки на дадена дъга. Под “дъга” се разбира линейният сегмент между два възела.

Една дъга се състои от два възела и от подредено множество от точни, които формират

формата и, и се наричат “върхове”. В контекста на поддържания модел на данните от ГИС

продукта на Autodesk – AutoCAD Map, линейният сегмент се нарича “link”. Той може да

съдържа върхове и “истински” дъги. Представя се като линия, полилиния и “истинска”

дъга.

Всеки възел има свой уникален идентификационен код и знае кои линейни

сегменти са свързани с него. Под “висящ възел” се разбира възел, който има само един

линеен сегмент свързан с него. Под “псевдо възел” се разбира възел, който има точно два

линейни сегмента свързани с него. Фиг. 1 илюстрира структурата на този подход.

Фиг. 1

Ако например, стоите на улично кръстовище с карта в ръка, Вие много лесно може

да определите кои са пресичащите се улици и кои са съседни. Компютърът обаче може да

“види” тези пространствени отношения посредством т. нар. топология. Топологията

напълно определя пространствените отношения. Създаването и поддържането на

топологични отношения има предимства. Данните се пазят по ефективен начин, което

позволява бърза обработка на големи масиви от данни. Преди да продължим с двата

основни компютьрни модела ще разгледаме въпроса за

Пространствените отношения - разлики между графика, електронни

карти, пространствени СУБД и ГИС методи Картата е математически определено, обобщено, образно-знаково изображение на

земната повърхност върху плоскост, което показва разпространението, състоянието и

връзката предметите и явленията в природата и обществото, обобщени и характеризирани

в зависимост от предназначението на всяка конкретна карта.. Тя е сложен образно-знаков

модел на действителността, койта се характеризира със свои особености и свойства. За



потребителя тя обикновено е едно изображение съставено от цветни символи.

Читаемостта на картата обикновено зависи от нивото на познание на този, който я ползва.

Не така стои обаче въпросът със съвременните електронни карти. За компютъра

картата е просто едно организирано множество от числа, подредени по определен начин –

няма цветни линни , условни знаци и т.н. Всички съществуващи отношения между

географските обекти трябва да бъдат описани или взети предвид в организирано

множество, в противен случай компютъра не може да “види” картата. Терминът

“пространствена топология” описва концепцията на тези отношения и може да се приеме

като информация, която се добавя към организираното множество.

Ако погледнем карта на България, всеки от нас може лесно да посочи къде се

намират София, Стара планина, Черно море и т.н. За компютъра обаче това са множество

от точки, които са “включени” или “изключени”. Ако съответната точка е “включена”,

компютърът и присвоява някакъв цвят, като не “знае” обаче дали се формира даден обект

или не. Това е характерно графичните програмни пакети. Те са добри за визуализация на

картно съдържание, но не предлагат необходимите възможности и средства за извършване

на съответните анализи и решаване на специфични задачи върху картата. Просто се

разполага с несвързани помежду си точки.

За информационно обслужване и задоволяване нуждите на потребителите, с

течение на времето, са разработвени компютърни системи, следвали в развитието си

общите тенденции в софтуерните и информационните технологии. Първоначално, при тях

има свързване на точки, очертаващи отделни обекти. Тази структура на данните разделя

множеството от точки на отделни части, с отделни групи за всеки отделен обект. Един от

възможните подходи е да се използват т. нар. “хедър” (header), който определя броя точки

(с техните координати), дефиниращи дадения обект. Ако обекта е точка, то след “хедър”-а

имаме само двойка координати. Ако обекта е линеен, след “хедър”-а следва поредица от

координати, които последователно (в определен ред) описват дадената линия. При

полигонов обект, по аналогичен начин се извършва описанието на контура. Този подход

се ползва от де-факто стандарта за обмен на графична информация .dxf файла на

Autodesk.

Една след друга се появяват системи за :

- системи за управление на инфраструктурата (комуникациите), базирани на Системи за

Управление на Бази Данни (СУБД) и известни като FM (Facilities Management);

- системи за автоматизирано проектиране CAD (Computer Aided Design),

автоматизирано проектиране и чертане CADD (Computer Aided Design and Draft),

автоматизирано картиране AM (Automated Mapping);

- системи за автоматизирано картиране и управление на инфраструктурата

(комуникациите), комбиниращи СУБД и CAD, известни като AM /FM.

Тези по същество Пространствени СУБД, поддържат отношения от типа

“свързване на множеството от точки със записи” от Базата Данни (БД). Тези програмни

пакети свързват графичната БД, определяйки местоположението на всеки географски

обект (пространствен запис) с БД съдържаща описателна информация за тези обекти

(тематичен запис). Връзката се осъществява посредством общ идентификационен номер

(идентификатор) за всеки обект съдържащ се в пространствената и тематичната БД.

Ако например искате да знаете кои отдели от дадено Държавно Лесничейство са с

площ по-голяма от 50 ха, компютъра търси съответното поле в тематичната БД (тематичен

вход), съдържащо площите на отделите и тогава използва идентификатора, за да извлече

координатите на точките и след това да изчертае онези отдели удовлетворяващи

поставеното условие. По подобен начин, може чрез избор с мишката, т.нар. “кликване”, да

се избере даден отдел (пространствен вход) и в резултат да се визуализира даден запис,



група от записи или всички записи от тематичната БД. Въпреки, че не е най-доброто, този

тип структура “знае” много за всеки географски обект, ако не повече от всеки потребител,

то поне повече от това, коета той може да запомни.

Все още има няколко “пропуска”, за да може компютъра напълно да “разбира”

картата. За да бъде ГИС, на компютъра са необходими и възможности за анализ и

интерпретация на наличната информация. Това означава, че трябва да се пази информация

за пространствените отношения между обектите, т.е. да поддържа топологични

отношения. Поддържането на топология е в основата за изпълнението на съвременни ГИС

функции като : пространствени и географски анализи.

Схема на пространствено-ориентираните информационни технологии е показана на

фиг. 2.

Фиг. 2

Отново в контекста на поддържания модел на данните в ГИС продукта на

Autodesk, AutoCAD Map, се поддържат следните три типа топология :

точкова (node) топология – дефинира взаимовръзките между възлите (точковите

обекти),

линейна (network) топология – отчита взаимовръзките между линейните сегменти

(links) формиращи линейна мрежа,

полигонова (polygon) топология – дефинира полигоните, представящи затворени

контури. Общата граница между два съседни полигона се представя само с единичен

линеен сегмент (link).

Топологията се построява от следните три графични примитива : възли, линейни

сегменти и полигони. От тези примитиви могат да се създадат следните три типа

топологични отношения :

СТОИНОСТИ

Атрибутни

Бази Данни

ГЕОМЕТРИЧНА

ФОРМА

Графични

Данни

МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ

Координати

Картографски

проекции

ТОПОЛОГИЧНИ

ОТНОШЕНИЯ

Лин.сегмент -

възел

Лин.сегмент -

полигон

Ляво - дясно

МОДЕЛИРАНЕ

FM

ГИС

CAD, AM

AM / FM



отношения от типа “линеен сегмент – възел” – този отношения, на практика, вече бе

обяснен (фиг. 1),

отношения от типа “линеен сегмент – полигон” – свързани линейни сегменти могат да

формират полигон. Един полигон може да се състои от линейни сегменти с произволно

направление. Полигоните могат да съдържат т. нар. “острови” т.е. полигон, които попадат

изцяло в даден полигон, но не трябва да се включват в неговата площ. Тези острови също

могат отделни полигони. На фиг. 3 е даден пример за този тип отношения заедно с

данните, които се съхраняват в табличен вид. Полигона съдържа т.нар. “центроид”, който

не е задължително да бъде в центъра му. Това е точка, която физически е в полигона и не

попада в острови (ако има такива). Служи за идентификационна (за полигона) точка и

може да се представя като текст, блок или точков обект.

Фиг. 3

отношения от типа “ляво – дясно” – ако застанем в началния възел и погледнем по

посока на крайния за даден линейния сегмент, последния ще има лява и дясна част. Ако

това е обща граница между два съседни полигона, то линейния сегмент идентифицира

полигона в ляво и полигона в дясно. На фиг. 4 е даден пример за този тип отношения

заедно с данните, които се съхраняват в табличен вид.

Фиг. 4



Всеки ГИС програмен пакет се стреми да балансира между “съхранявана” и

“получена” топология. Векторно базираните ГИС обикновено съхраняват топологията в

пространствени таблици свързани към тематичната БД. Растерно базираните ГИС от своя

страна обикновено създават топология “on the fly” докато обработват данните.

Поддържането на топология т.е. възможността да достигнем до определени

познания, ни дава възможност да преминем към следващия по висш етап – взимането на

решения, базиращи се на обобщаване и натрупване на нашите познания.

2. Растерен модел на данните

Този модел прилича повече на фотография отколкото на карта. При него фокуса е

върху местоположението.

Състои се от равномерен грид (мрежа) от точки (известни като пиксели или клетки)

имащи съответни стойности. Има три начина за интерпретиране на всеки пиксел :

- класифициране на всяка точка, така че тя да принадлежи на дадена група, с цел

формиране на обект,

- определяне стойността на съответния цвят или степен на сивото,

- определяне на всеки пиксел относно известна опорна точка.

Всяко местоположение се представя като клетка. Матрицата от клетки, формираща

редове и колони се нарича грид.

Както и при векторния модел на данните, растерният може да представя дискретни

точкови, линейни и площни обекти. Точковият обект се представя с единична клетка,

линейният обект като поредица от свързани клетки изобразяващи дължината му,

площният обект като група от свързани клетки изобразяващи формата му.

Точността на картата зависи от мащаба, докато при растерния модел

разрешаващата способност и следователно точността зависи от действителния размер на

пиксела. Колкото е по-голям той, толкова е по-ниска разрешаващата способност и

обратно.

Важен е въпросът : как растерният модел представя пространствените отношения?

Тъй като този модел се представя чрез равномерен грид, пространствените отношения са

безусловни (по подразбиране). Това означава, че съхраняването на пространствените

отношения не е необходимо за разлика от векторния модел на данните. При растерния

модел, всеки пиксел (клетка) има 8 съседни такива. Пикселите се идентифицират чрез

тяхното местоположение в грида. Ако искаме да определим съседите на пиксел с

координати (3,3) е необходимо да прибавим или извадим 1 от координатите (3,3).

Например, пиксела вляво от (3,3) е с координати (3-1,3) или (2,3) – фиг. 5

Фиг. 5



Растерните данни могат да се “регистрират” в земна координатна система, чрез

определяне на координатната ситема, координатите на референтната (началната) точка и

размера на пиксела. Обикновено за референтна точка се използва горната лява или

долната лява точка на грида. По референтната точка и по размера на пиксела, може да се

определи географското местоположение на всеки пиксел (фиг. 6). Използвайки същата

координатна система, растерните данни могат да се организират логически в отделни

групи за провеждане на географски анализ.

Фиг. 6

Друг важен въпрос е : как растерният модел представя повърхнините? При

представяна на повърхнини, стойността на повърхнината (например : надморска

височина) се записва за всеки пиксел. Тази стойност обаче се отнася само за центъра на

пиксела. Съвкупността от тези стойности се нарича решетка (lattice). По тази решетка се

извършват изчисленията за получаването на повърхнината. Видовете задачи, които се

решават са : изчисления на наклони и изложение (аспект), както и интерполация на

изолинии.

3. Използване на двата пространствени модела на данните заедно Едновременното ползване на двата модела е мощно средство за моделиране на

Земята. Всеки от тях ползва пространствена координатна система за определяне на

местоположения вурху земната повърхност. Приемането на обща картна проекция и

мащаб, и съвместяването на координатите, така че двата модела да имат общо начало,

осигурява, че едни и същи координати представят едни и същи местоположения във всеки

един от моделите. Това се нарича георефериране (georeferencing) и е важно защото ви

позволява изберете оптимален модел на данните за представяне на съответния обект или

явление. Това позволява и по-голяма гъвкавост при анализа и визуализацията на данните.



Как да организираме географската информация? Ние създаваме класификационни схеми, за да разберем и опишем комплексният

свят. Нашите класификации могат да бъдат комплексни или прости. Те се базират на общи

характеристики, които ползваме когато описваме обектите. Класифицирането на

географски обекти ни помага да моделираме нашата гледна точка и да преценим кои

характеристики са важни. Добрата класификационна схема ще помогне да пренесете

вашата гледна точка за реалния свят в подходящи пространствени модели на данните.

Представените модели на данните са също една форма на класификация. Точки,

линии, площи, пиксели и др. са в различни класове, защото всеки имаразличен набор от

характеристики.

Класификацията зависи от това какво ще поддържате с вашата ГИС. Вникването и

осмислянето на вашите нужди ще ви помогне да направите вашата класификация.

Един подход за организиране на вашите данни е да направите следното :

1. Идентифицирайте какво искате да правите с вашата ГИС,

2. Определете какви данни са ви нужни за за осъществите вашите ГИС цели,

3. Определете характеристиките на тези данни (атрибутите) и направете вашата

класификация,

4. Определете кой от основните пространствени модели най-добре приляга на вашите

класове данни и променете класификацията ако се налага.

Отделяне на данни от информация Добре известно е, че за взимането на добри решения са необходими и съответните

данни. Дори след появата на компютрите, данните се отъждествяват чрез своя обем,

колкото повече, толкова по – добре. В действителност, голяма по обем информация е

необходимо да се пресее, за да се “извлече” необходимото. Истинската ефективност на

коя да е информационна система се крие в нейните възможности да отсява данни (всички

факти) в информация (полезни факти). ГИС технологията е в състояние да поеме огромно

количество данни, да ги обработи и анализира, като в резултат предостави необходимата

информация на крайния ползвател.

Все пак, описателната информация не е достатъчна за вземане на решение. Нека да

разгледаме таблица 1, която отразява добре известната матрица на противоречията между

фактите (приемат се за верни) и данните (разглеждат се като желателни).

Табл. 1

Матрица на конфликтите (факти/данни)

ТЕХНОЛОГИЯТА

СЕ ПОЛЗВА ЗА

АСПЕКТИ ФАКТИ ДАННИ Изчислителен съответствие съответствие РЕШЕНИЕ

Културен несъответствие несъответствие ВНУШАВАНЕ Юридически несъответствие съответствие ПРОВЕРКА Политически съответствие несъответствие УБЕЖДАВАНЕ

Факти : приемат се за верни Данни : разглеждат се като желателни

Изчислителния аспект отразява идеалното условие – пълно съответствие между

факти и данни в процеса на взимане на решение. Това е изчислителен рай, при който

усилията са съсредоточени в оптимизиране на изчислителното решение. В този смисъл

ГИС се разглежда като Система за Взимане на Решения, тясно свързана с

математическите модели.



В действителност, много решения имащи отношение по прилагането на ГИС

технологията, попадат извън описания по – горе Изчислителен аспект. Ако разгледаме

Юридическият аспект, имаме несъответствие на фактите и съответствие в данните. Това е

като обвиненията на прокурор към обвиняем за извършено престъпление, докато в същото

време обвиняемия напълно отрича участие в приписаното му престъпление. В този случай

технологията се използва за “проверка” на фактите чрез преглед и сравнение на

алтернативни определения/формулировки за даден факт.

Политическият аспект е точно обратния случай на Юридическия. В тази среда за

взимане на решения, има съответствие на фактите и несъответствие в данните. Ние можем

да сме съгласни с факта, че например някои животински видове са застрашени, но в

същото време да не сме съгласни с относителните данни, които сме получили в резултат

на конкретно проведено проучване. В този случай, технологията се използва, за да се

“убеди” обществото (или поне по-голямата му част) в логическите аргументи за

формиране на съответната позиция.

Културният аспект отразява най-лошият случай - несъответствие на фактите и

несъответствие в данните (например въпросите “за” и “против” аборта). При тези условия,

науката и технологията са неефективни с взетите от тях решения.

Но какво трябва цялата тази трудно разбираема материя да прави с ГИС ? Това е

просто една “подгизнала” гъба с данни. В действителност това е Система за Взимане на

Решения, която трансформира данни в информация. Ако се използва коректно и творчески

тази система може да трансформира информацията в разбиране (познание) на

комплексната натура на пространствените проблеми, което води до вземането но

правилни решения. Не е разумно да се предполага, че например един десетичен знак, в

точността на изобразяване на даден пространствен модел ще реши даден комплексен

проблем, при който фактите и/или данните са дискусионни. Изчислителния панел решава

ограничен набор от пространствени проблеми. Разграничението и взаимовръзките между

основните понятия в процеса на управление от данните до вземането на решения

(трансформирането на данни в решения) е показано на фиг. 7

Фиг. 7



Оценка информационните нужди на ГИС Дали ГИС може да отговори на всички ваши въпроси? Наистина, в някои области

на приложения ГИС постигна забележителни успехи, но в други претърпя и някои

неуспехи. Има ли някакъв модел предупределящ успех или неуспех на даден ГИС проект?

Какви приложения имат висока вероятност за успех и кои са обречени на неуспех? Какви

са условията влияещи върху вероятността за успех?

Това са реални въпроси касаещи приложението на ГИС. Всеки би трябвало да си

отговори на тях (и на други) преди да започне изграждането на даденото ГИС

приложение.

Начална точка на този процес може да започне с Оценка на Информационните

Нужди (ОИН), имайки предвид проектирането на конкретни ГИС продукти. На тази база

(планирани ГИС продукти) се получават междинни и базови карти поддържащи всеки

ГИС продукт. Процеса включва следните четири стъпки :

- съставяне списък с онези области на приложения, в които ГИС може да участва,

- за всяка така определена област на приложения, се прави списък на специфичните

ГИС изходни материали с цел формиране съдържанието и легендата на окончателните

карти и др. материали,

- за всяка окончателна карта, се определя от кои базови слоеве или карти ще се

композира тя (включително компановка и легенда) както и списък описващ стъпка по

стъпка необходимите ГИС средства за това,

- съставяне на обобщаваща таблица, указваща точния брой на използване (и как) на

всеки базов слой или карта, или на всяко ГИС средство за реализация на предложените

приложения.

ОИН се извършванай-добре с голям брой крайни ползватели, допълнени с неголям

брой ГИС специалисти. Ролята на крайните потребители е да “изчистят” проблема имайки

предвид специфичните нужди, които трябва да се задоволят. Ролята на ГИС

специалистите е да предложат съответните ГИС методи и средства за решаване на

съответната задача.

Резултатите от ОИН водят към втората фаза на анализа : Оценка на ГИС Нуждите

(ОГН). Тази фаза включва следните три стъпки :

- разработване на сценарии за внедряване имайки предвид дефинираното в ОИН,

- определяне как и колко ще струва подсигуряването и структурирането на

необходимите данни, съгласно разработените сценарии за внедряване,

- повтаряне на горните две стъпки, докато се приеме “реалистичен” план за внедряване.

ОГН е най-добре да се извършва заедно от група мениджъри и неголям

брой ГИС специалисти. Групата мениджъри определя основните приоритети и дефинира

рамките на “разумните” компромиси в процеса на реализацията на ГИС приложението.

ГИС специалистите имат за задача да проектират ГИС Базата Данни и да моделират

съответното ГИС приложение в зависимост от разработените сценарии. В приетия

“реалистичен” план за внедряване трябва да се дефинира подходящ срок за внедряване.

Седем основни въпроси касаещи ГИС технологията Винаги се водете от максимата : какво ГИС може да направи за Вас, а не какво Вие

може да направите за ГИС?

ГИС повдига както много въпроси така и много отговори. В таблица 2, са дадени

седемте типа основни въпроса на които ГИС може да даде отговор. Те са подредени в

посока от описание и регистриране на обектите и явленията (първите три) към анализ и



моделиране (последните четири), като се идентифицират посредством тяхната функция и

метод.

Табл. 2

Какво ГИС може да направи за Вас?

Основни въпроси Функция Метод

1. Това може ли да се

картографира?

2. Къде е това?

3. Къде/кога се промени

това?

Картографиране

Мениджмънт

Свързана с време

Описание и

администриране на обекти

и явления

4. Какви отношения

съществуват?

5. Къде и най-добре?

6. Какво влияе на какво?

7. Какво ако ….?

Пространствена

Най-подходящо

Моделиране

Симулиране

Анализ и определяне на

отношенияте между

обектите и явленията

ГИС модели – видове и основни характеристики 1. Моделиране

Модела е отражение на реалността във веществена (реално представяне) или

символна форма (абстрактно представяне). ГИС моделирането използва символната

форма за представяне на данните по местоположение (къде?), тематични (какво?) или

времеви (кога?) атрибути описващи съответни характеристики и условия на

пространството и времето.

2. Основни видове модели

Структурни – съсредоточават се върху състава и структурата на нещата. Разделят

се на обект и действие.

Обект – статично базиран, формира визуалното представяне на нещата,

например : горски подотдел. Характеристиките включват мащаб; една, две, или три

дименсии; символно представяне.

Действие – динамично базирано, следи за отношения в пространството и

времето. Характеристиките включват времеви периоди, установяване на изменения,

статистика към определен период от време, анимация.

Релационни - съсредоточават се върху взаимната зависимост и отношения

между отделните фактори. Разделят се на функционални и концептуални.

Функционални – входно-изходно базирани, следящи за отношенияте между

променливите, например прогнозиране предотвратяването на последици от буря.

Характеристиките включват строго научни методи за прецизен анализ на влиянието на

отделни фактори.

Концептуални – възприемане и интерпретиране на факти. Характеристиките

включват експертни правила, разработка на сценарии и нестроги методи за анализ.

3. Видове ГИС модели

Картографски – автоматизират стандартни и др. методи и техники за изобразяване

на различни обекти и явления.

Пространствени – изразяват математическите отношения между географските

обекти и явления.

4. Основни характеристики на ГИС моделите

Мащаб – едро-, средно- и дребномащабни.

Едромащабни – в мащаби до 1:200000 включително,



Средномащабни – в мащаби от 1:200000 до 1:1000000 включително

Дребномащабни - в мащаби по-дребни от 1:1000000.

Обхват – пълен и частичен.

Пълен – включва целия набор от данни за пространството, времето и

използваните променливи, например : карта на дадена водосборна област или речен

басейн.

Частичен - включва част от целия набор данни за пространството, времето

и използваните променливи, например : едромащабна топографсна карта, включваща

отделни части от няколко съседни водосборни области или речни басейни.

Предназначение – описателно и установяващо.

Описателно – характеризира непосредственото въздействие на

компонентите в една система с цел проучване и изясняване на определени процеси и

явления, например : изготвянето на карта отразяваща динамиката на животинската

популация, генерирана в резултат от симулирането на определени процеси.

Установяващо – характеризира непосредствените и странични фактори

използвани от системата и използвани за вземането на съответно решение, например :

изготвяне на карта на подходящи места за строеж на инфраструктурен обект, базирана на

интерпретиране на данни за релефа и др. фактори.

Метод – емпиричен и теоретичен.

Емпиричен – базиран на анализ на полеви събрани измервания, например :

карта за деградация на почвите в рамките на дадена водосборна област по данни от

непосредствени полеви измервания.

Теоретичен – базиран на синтеза между доказани или предполагаеми

отношения между променливите, например : карта на местообитанието на даден

животински вид, базирана на определени теоретични разработки.

Подход – детерминистичен и стохастичен.

Детерминистичен – използва директно оценяване на дефинирани

отношения (обработка на многократни равно- и неравноточни измервания на дадена

величина), например : карта на животинската популация, получена чрез даден модел

използвайки съответната оценка за характеризиране на всяка променлива.

Стохастичен – използва вероятностна взаимовръзка (резултатите са в

диапазона на възможните решения), например : карта на животинската популация,

получена чрез многократното изпълнение на даден модел използвайки съответната средна

оценка и използване функция на разпределение за характеризиране на всяка променлива.

Асоциативност – интуитивна и обвързана.

Интуитивна – състоянието на всяко отделно местоположение е независимо

от други местоположения върху картата, например : условния знак може да се

постави навсякъде из местообитанието на дадено животно,

Обвързана - състоянието на всяко отделно местоположение е зависимо от

други местоположения върху картата (околност, съседство, регион), например : условния

знак за триангулачна точка е обвързан с точните координати на точката, т.е. не можем да

го поставим където на нас ни се иска, а само в дадените координати.

Групиране – тематично групиране по подобни и различни класове.

Групиране по подобни класове – извършва се за групи класове имащи

подобни характеристики, например : класовете “булевард” и “градска магистрала” могат

да се обединят в по-общия клас “пътна артерия”,



Групиране по различни класове – извършва се за различни класове,

например: класовете “писти”, “сгради”, “технически съоръжения”, “комуникация”,

“паркинги” могат да се обединят в по-общия клас “летище”.

Темпорални – статични и динамични.

Статични – разглеждат времето като константа, променливите на модела не

се променят във времето, например : карта на дърводобива, получена в резултат на

данните от съответните горски отдели и достъпа до съществуващи шосета и пътища.

Динамични – третира времето като променлива и променливите на модела се

променят във времето, например : карта на замърсяването (във времето) с тежки метали,

от съответния точков замърсител.

Ясно е, че ГИС моделирането има много измерения. То означава различни неща за

различни хора. В таблица 3, е обобщено казаното до тук, в тази точка, което може да се

ползва като помощно средство за съставяне на ГИС модел.

Табл. 3

МОДЕЛ

(представяне)

ВЕЩЕСТВЕН …………………СИМВОЛЕН

(реален) (абстрактен)

Основен модел

ТИП : СТРУКТУРЕН РЕЛАЦИОНЕН

Обект ……….. Действие Функционален……….Концептуален

ГИС модел

ТИП : Картографсни………..……Пространствен

ГИС модел

ХАРАКТЕРИСТИКИ :

МАЩАБ Едро-………………Дребномащабни

ОБХВАТ Пълен………………Частичен

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ Описателно……………….Установяващо

МЕТОД Емпиричен…………….…Теоретичен

ПОДХОД Детерминистичен…………….…Стохастичен

АСОЦИАТИВНОСТ Интуитивна……………….Обвързана

ГРУПИРАНЕ По подобни класове……………….По различни класове

ТЕМПОРАЛНИ Статични…………….…Динамични

Един важен аспект при съставянето на всяка класификационна схема (каквато

представлява горната таблица) е, че сме принудени да избираме между две възможности

(т. нар. бинарна логика). В действителност обаче не всичко е черно или бяло. В

представената по–горе схема, представените видове модели и характеристики се дават с

противоположните си аспекти. Точките, които са поставени между тях, имат за цел (макар

и твърде относително) да осигурят някакъв диапазон за обхващане на възможните случаи

– вие просто поставяте някакъв знак (да речем ), някъде между двата аспекта.



Нека да илюстрираме това със следния пример : имаме за цел да направим серия от

карти прогнозиращи разпространението на горски пожар на всеки час. В таблица 4, е

показано как ще изглежда нашият модел, като след това е направен и съответният

коментар.

Табл. 4

МОДЕЛ

(представяне)

ВЕЩЕСТВЕН ………………… СИМВОЛЕН

(реален) (абстрактен)

Основен модел

ТИП : СТРУКТУРЕН РЕЛАЦИОНЕН

Обект ……….. Действие Функционален ....…….Концептуален

ГИС модел

ТИП : Картографсни………..….…Пространствен

ГИС модел

ХАРАКТЕРИСТИКИ :

МАЩАБ Едро-………………Дребномащабни

ОБХВАТ Пълен………………Частичен

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ Описателно……………….Установяващо

МЕТОД Емпиричен....………….…Теоретичен

ПОДХОД Детерминистичен ………………Стохастичен

АСОЦИАТИВНОСТ Интуитивна……………….Обвързана

ГРУПИРАНЕ По подобни класове……………….По различни класове

ТЕМПОРАЛНИ Статични…………….…Динамични

Частта до определяне вида ГИС модел и неговите основни характеристики е лесна

и е както следва :

Абстрактен като модел,

Релационен като вид (зависи от няколко фактора : терен, земеползване, атмосферни

условия и др.),

Функционален (преди всичко ползва научни методи за следене на взаимовръзката

между използваните променливи),

По-трудната част е да установим точния ГИС модел и да дефинираме точно

неговите основни характеристики :

по близо е до Пространствен като вид ГИС модел (използва предимно математика за

описание на отношенияте между обектите),

като мащаб е по-близо до едромащабните карти (например : М 1:50000, интересува ни

само фронта на пожара, с по-обобщени ситуационни подробности около него),

по-близо до Частичен като обхват,



по-скоро Описателен като предназначение (в общия случай има непосредствено

въздействие с неотслабваща сила и поне докато не се овладее е с ограничени възможности

за взимане на решения),

по-близо до Емпиричен като метод (базира се предимно на полеви/опитни данни за

съставяне на съответните заключения),

чисто Детерминистичен като подход (базира се на дефинирано множество от входни

параметри),

обвързана Асоциативност,

имаме Групиране по различни обекти (независимо се отчита всяко огнище на пожар, с

различни характеризиращи го елементи),

по-близо до Динамична като темпорална характеристика (води до измениние на

включените в модела променливи в зависимост от променящите се условия).

Documents

ГИС – определение и основни компоненти 1. 2. 3. · Само чрез ГИС могат да се извършват географски и пространствени