Растровая модель ГИС. ГИС в планировании экономического развития

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Растровая модель ГИС………………………………………………4
2. ГИС в планировании экономического развития…………………11

Заключение……………………………………………………………….18

Список литературы……………………………………………………...19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

XXI век называют веком компьютеризации (информатизации) всей сферы жизнедеятельности человека: управления, образования, здравоохранения, сельского хозяйства и многих других сфер. Одним из бурно развивающих направлений компьютеризации является использование Геоинформационной системы.

Геоинформационная система (ГИС) в настоящее время внедряется во все сферы жизни человека, в  том числе и в муниципальное  управление, где она нашла разнообразные  формы применения, речь о которой пойдет в данном реферате.

 Объектом исследования являются геоинформационные системы. Предметом – использование ГИС в планировании экономического развития, а также определение понятия растровой модели ГИС.

Цель исследования: дать определение понятию растровой модели ГИС, а также рассмотреть, как используются ГИС в планировании экономического развития.

Для достижения поставленных целей нам потребуется решить следующие задачи:

• рассмотреть понятие растровой модели ГИС
• определить, как используются ГИС в планировании экономического развития

 

 

1. Растровая модель ГИС

Данные в ГИС описывают  реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две  абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные [1].

В растровых моделях дискретизация  осуществляется наиболее простым способом - весь объект (исследуемая территория) отображается в пространственные ячейки, образующие регулярную сеть. При этом каждой ячейке растровой модели соответствует одинаковый по размерам, но разный по характеристикам (цвет, плотность) участок поверхности объекта. В ячейке модели содержится одно значение, усредняющее характеристику участка поверхности объекта. В теории обработки изображений эта процедура известна под названием пикселизация. Если векторная модель дает информацию о том, где расположен тот или иной объект, то растровая - информацию о том, что расположено в той или иной точке территории. Это определяет основное назначение растровых моделей - непрерывное отображение поверхности. В растровых моделях в качестве атомарной модели используют двухмерный элемент пространства - пиксель (ячейка). Упорядоченная совокупность атомарных моделей образует растр, который, в свою очередь, является моделью карты или геообьекта. Векторные модели относятся к бинарным или квазибинарным. Растровые позволяют отображать полутона и цветовые оттенки. Как правило, каждый элемент растра или каждая ячейка должны иметь лишь одно значение плотности или цвета. Это применимо не для всех случаев. Например, когда граница двух типов покрытий может проходить через центр элемента растра, элементу дается значение, характеризующее большую часть ячейки или ее центральную точку. Ряд систем позволяет иметь несколько значений для одного элемента растра. Для растровых моделей существует ряд характеристик: разрешение, ориентация, зоны, значение, положение. Разрешение - минимальный линейный размер наименьшего участка отображаемого пространства (поверхности), отображаемый одним пикселем. Пиксели обычно представляют собой прямоугольники или квадраты, реже используются треугольники и шестиугольники. Более высоким разрешением обладает растр с меньшим размером ячеек. Высокое разрешение подразумевает обилие деталей, множество ячеек, минимальный размер ячеек. Значение - элемент информации, хранящийся в элементе растра (пикселе). Поскольку при обработке применяют типизированные данные, то есть необходимость определить типы значений растровой модели. Тип значений в ячейках растра определяется как реальным явлением, так и особенностями ГИС [2].

В частности, в разных системах можно использовать разные классы значений: целые числа, действительные (десятичные) значения, буквенные значения. Целые  числа могут служить характеристиками оптической плотности или кодами, указывающими на позицию в прилагаемой таблице или легенде. Например, возможна следующая легенда, указывающая наименование класса почв: 0 - пустой класс, 1 - суглинистые, 2 - песчаные, 3 - щебнистые и т.п. Ориентация - угол между направлением на север и положением колонок растра. Зона растровой модели включает соседствующие друг с другом ячейки, имеющие одинаковое значение. Зоной могут быть отдельные объекты, природные явления, ареалы типов почв, элементы гидрографии и т.п. Для указания всех зон с одним и тем же значением используют понятие класс зон. Естественно, что не во всех слоях изображения могут присутствовать зоны. Основные характеристики зоны - ее значение и положение. Буферная зона - зона, границы которой удалены на известное расстояние от любого объекта на карте. Буферные зоны различной ширины могут быть созданы вокруг выбранных объектов на базе таблиц сопряженных характеристик. Положение обычно задается упорядоченной парой координат (номер строки и номер столбца), которые однозначно определяют положение каждого элемента отображаемого пространства в растре. Проводя сравнение векторных и растровых моделей, отметим удобство векторных для организации и работы со взаимосвязями объектов. Тем не менее, используя простые приемы, например включая взаимосвязи в таблицы атрибутов, можно организовать взаимосвязи и в растровых системах. Необходимо остановиться на вопросах точности отображения в растровых моделях. В растровых форматах в большинстве случаев неясно, относятся ли координаты к центральной точке пикселя или к одному из его углов. Поэтому точность привязки элемента растра определяют как 1/2 ширины и высоты ячейки.

Растровые модели имеют следующие  достоинства [2]:

• растр не требует предварительного знакомства с явлениями, данные собираются с равномерно расположенной сети точек, что позволяет в дальнейшем на основе статистических методов обработки получать объективные характеристики исследуемых объектов. Благодаря этому растровые модели могут использоваться для изучения новых явлений, о которых не накоплен материал. В силу простоты этот способ получил наибольшее распространение;
• растровые данные проще для обработки по параллельным алгоритмам и этим обеспечивают более высокое быстродействие по сравнению с векторными;
• некоторые задачи, например создание буферной зоны, много проще решать в растровом виде;
• многие растровые модели позволяют вводить векторные данные, в то время как обратная процедура весьма затруднительна для векторных моделей;
• процессы растеризации много проще алгоритмически, чем процессы векторизации, которые зачастую требуют экспертных решений.

Наиболее часто растровые  модели применяют при обработке  аэрокосмических снимков для получения данных дистанционных исследований Земли.

Соглашения, принятые для растровой ГИС

• Разрешение

Минимальная линейная размерность  наименьшей единицы географического  пространства, для которой могут  быть приведены какие-либо данные. В  растровой модели данных наименьшей единицей для большинства систем выступает квадрат или прямоугольник. Такие единицы известны как сетка, ячейка или пиксель. Множество ячеек  образует решетку, растр, матрицу.

• Местоположение

Наименьшая единица географического  пространства, для которого могут  быть приведены какие-либо характеристики или свойства (пиксель, ячейка). Такая  частица картографического плана  однозначно идентифицируется упорядоченной  парой координат - номерами строки и  столбца 

• Площадной контур (Зона)

Набор смежных местоположений одинакового свойства. Термин Класс (или район) часто используется в  отношении всех самостоятельных  зон, которые имеют одинаковые свойства. Основными компонентами зоны являются ее значение и местоположения

• Значение

Единица информации, хранящаяся в слое для каждого пикселя  или ячейки. Ячейки одной зоны (или  района) имеют одинаковое значение.

Рассмотрим сферы применения растровой модели данных. Наиболее часто она используется для хранения данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и результатов их обработки, иное применение на практике встречается редко. Однако существует целый класс аналитических и картографических задач, решение которых методами растровых ГИС весьма эффективно [4].

 В качестве примера  рассмотрим хранение данных о  рельефе. Растровая модель данных, адаптированная для этих целей,  называется цифровой моделью  рельефа (ЦМР) и образована  матрицей высот. В каждой клетке  таблицы — ячейке растра —  хранятся сведения о средней  высоте земной поверхности, свойственной  ячейке. Высота может быть представлена  в виде абсолютной или относительной  отметки. ЦМР может быть легко  отображена на экране  компьютера при помощи соответствующей цветовой шкалы (рис. 1).

 

 

 

 

 

Рис. 1. Визуализация ЦМР в виде карты с послойной окраской рельефа по ступеням высоты

Построение профиля по растровой модели рельефа является значительно более легкой задачей, чем в случае использования векторной  модели, так как нет необходимости  осуществлять поиск точек пересечения  с горизонталями и выполнять  интерполяцию высотных точек по линии  профиля. ЦМР позволяет получить искомые отметки высот вдоль  линии профиля достаточно просто. Принцип его построения поясняет рис 2.

 

 

 

 

Рис. 2. Построение профиля местности по ЦМР

Растровая модель данных находит  применение в решении научных  задач. В качестве примера рассмотрим моделирование поверхностного стока  при помощи программного продукта ARC/INFO 7 (модуль GRID), где в качестве исходных данных используется модель рельефа, показанная выше [4].

 Создание модели поверхностного  стока выполняется с использованием  функции FLOWACCUMULATION. В каждой ячейке  построенной матрицы отражен  объем воды, который может накопиться  на данном участке местности  при условии, что дождь будет  идти непрерывно. В дальнейшем  при помощи функций модуля GRID из этой модели можно выделить  собственно осевые линии водотоков  и их характеристики. Результат  моделирования при веден на рис. 3.

 

 

 

 

 

Рис. 3. Растровая модель поверхностного стока, построенная при помощи модуля GRID программы ARC/INFO 7

Даже при простом визуальном анализе такая модель позволяет  получить ответы на самые разные вопросы, например:

 — в каком направлении  потечет вода (или иная жидкость, например нефть), если она попадет  в определенный участок местности;

 — в какую реку  попадет вода (нефть, кислота,  жидкие отходы и т. п.);

 — какие участки  местности наиболее опасны с  точки зрения аварийных ситуаций  на продуктопроводах;

 — на какой речной  бассейн более всего влияет  данное техническое сооружение;

 — каким будет объем  поверхностного стока (для анализа  паводковой ситуации).

 Векторизаторы растровых картографических изображений

 Этот класс продуктов  связан с вводом картографических  данных. Поскольку основная аналитическая  работа в ГИС-пакетах реализуется  на векторной модели данных, то  существует обширная группа задач  по обработке отсканированных  растровых картографических изображений.  Векторизаторы - это ГИС-аналоги  популярнейшего семейства OCR (FineReader, CuneiForm) [6].

 В этом классе продуктов  наблюдается бум у Российских  разработчиков. Западные решения  чрезмерно дороги и базируются  исключительно на UNIX-машинах. Отечественные  разработчики предлагают более  15 различных пакетов, функционирующих  на разных платформах и по  эффективности использования не  уступающих зарубежным аналогам.

Среди них отметим:

- SpotLight, Vectory (Consistent Software, Россия);

- Easy Trace (Easy Trace Group, Россия );

 - MapEdit (АО "Резидент", Россия);

- AutoVEC(IBS, Россия).

Выбор модели данных, наиболее подходящей для решения поставленных задач, является важнейшим этапом проектирования любой геоинформационной системы. 

2. ГИС в планировании экономического развития

Планирование экономического развития тесно связано с территориальным  планированием, поскольку речь идёт о региональном или муниципальном  планировании. Данный вопрос будет посвящён вопросу территориального планирования Псковской области, но сначала необходимо дать определение территориального планирования.

Территориальное планирование отнюдь не является «ноу-хау» централизованного планового хозяйства. Это общепризнанная практика всех цивилизованных стран, в том числе и с самыми либеральными экономическими системами. Дело в том, что факторы экономической выгоды при территориальном планировании не могут рассматриваться в качестве превалирующих, поскольку основная его задача – создание комфортных условий проживания населения. Это понятие подразумевает такую пространственную организацию территории, которая должна отвечать многим требованиям: предоставление удобных площадок для жилья, производства, торговли, науки, управления, отдыха и т.д. Планируемая территория должна также отвечать критериям экологической безопасности, быть эстетически привлекательной, с надежной и безопасной инженерной и транспортной инфраструктурой [3].

Соответственно, документация территориального планирования должна обеспечить возможность реализации этих потребностей и дать предложения  по формированию пространственной оболочки для устойчивого поэтапного развития городской среды [5].

Следует отчетливо понимать, что если бы не было законодательно утвержденных документов территориального планирования, то в городах не было бы парков, территорий для постройки  дорог, музеев, больниц, театров – всего того, что необходимо для полноценной жизни общества, но, с точки зрения застройщиков, экономически не выгодно. Ведь земельные участки под эти объекты не дают того экономического эффекта, который могло бы дать жилищное строительство или строительство коммерческих объектов. С другой стороны, там, где деловая активность менее интенсивна, где земли много или доступ к участкам не так удобен, они значительно дешевле. В таких случаях рынок пренебрегает землей, растрачивает ее.

Последствия же нерационального  пространственного освоения, как  показывает мировая практика, трудно преодолимы.

Территориальное планирование затрагивает не только проблемы рационального  освоения территориальных ресурсов, оно также обозначает перспективы  развития в экономической, социальной, историко-культурной и многих других сферах. Ужесточаются экологические  стандарты, повышается уровень жизни  людей. Все эти и многие другие аспекты должны быть учтены в пакете документов территориального планирования. Именно поэтому при разработке такой  документации необходимо использовать комплексный подход, осуществлению  которого идеально помогают геоинформационные  технологии.