Назовите показатели качества БД в ГИС. В чем их суть? Какого рода ошибки являются самыми трудными для обнаружения в ГИС?

Основные показатели качества данных в ГИС:

– позиционная точность и точность атрибутов объектов;

– логическая непротиворечивость, полнота, происхождение данных.

Позиционная точность объектов определяется величиной отклонения координат пространственных данных от их истинного местоположения. Точность координат по-разному определяется в растровом и векторном представлении. Точность растра зависит от размера ячеек сетки. Координаты в векторном формате могут кодироваться с любой точностью, которая ограничена лишь возможностями компьютера.

Позиционные ошибки могут быть внесены на любом этапе создания БД, в том числе при:

– оцифровке данных;

– задании регистрационных точек и преобразовании координат;

– неверном дешифрировании изображений;

– генерализации;

– переводе векторных данных в растровые и т.д.

Для проверки позиционной точности используются независимые, более точные источники: карты крупного масштаба, данные GPS.

Точность атрибутивных данных определяется их близостью к истинным показателям. Для непрерывных атрибутов, представляющих поверхность, точность определяется как погрешность измерений по этой модели. Для атрибутов, получаемых в результате классификации, точность выражается в степени соответствия, правдоподобия.

Ошибками атрибутов являются:

– пропуск атрибутов для отдельных объектов;

– неправильные значения атрибутов;

– несогласованность графики и атрибутов, когда правильно набранные значения атрибутов связываются с неправильными пространственными объектами.

Ошибки атрибутов – одни из самых трудных для обнаружения, т.к.

ГИС не знает, какие атрибуты корректны, а какие – нет.

Логическая непротиворечивость данных связана с внутренней непротиворечивостью структуры данных, с топологическим представлением данных (все ли полигоны замкнуты, есть ли узлы на всех пересечениях дуг, нет ли полигонов без меток или с несколькими метками).

Полнота данных связана с тем, все ли необходимые для представления реальности объекты и их атрибуты включены в БД. Полнота данных зависит от правил отбора объектов, генерализации и масштаба.

Происхождение БД. БД должна сопровождаться метаданными, включающими сведения об источниках данных, времени их сбора, точности данных и т.д.

С помощью какой процедуры происходит автоматизированное определение графических ошибок в ГИС? Назовите виды обнаруживаемых с помощью ГИС ошибок. Какие графические ошибки не обнаруживаются самой ГИС и как их все-таки можно выявить?

Векторно-топологические ГИС требуют обязательного построения топологии, которая создается либо в процессе оцифровки данных, либо по ее окончанию. Топология, содержащая информацию об отношениях пространственных объектов в БД (отношениях между дугами, узлами и полигонами одного слоя), как раз и позволяет определить графические ошибки некоторых типов.

Выявленные после построения топологии ошибки обозначаются графическими символами, различающимися по типу ошибок, и текстовыми сообщениями.

Часть обнаруженных графических ошибок векторно-топологическая ГИС может устранить сама, например:

− создать узлы в местах пересечения линий, если они не были созданы при оцифровке

− соединить линии или обрезать выступающие концы, если они находятся в пределах заданного расстояния неразличимости координат

Другие ошибки, которые данная ГИС не может обнаружить сама, должны быть выявлены в результате просмотра статистики БД или проверки изображения. При этом необходимо искать следующие ошибки:

– не все объекты введены;

– оцифрованы лишние объекты;

– объекты имеют неправильное местоположение, форму, размеры;

– не все необходимые объекты соединены;

– не все полигоны имеют ровно одну метку для идентификации

(для покрытий).

Типы ошибок, определяемых векторно-топологической ГИС:

Псевдоузел – узел, в котором линия соединяется сама с собой или когда в узле соединяются только две линии (рис.9.2). ГИС отмечает псевдоузлы с помощью графического символа, но надо помнить, что не все псевдоузлы ошибочны.

Псевдоузел является ошибкой, если он разбивает линию на две самостоятельных дуги там, где это не планировалось.

Псевдоузел не является ошибкой, если его создание вызвано необходимостью смены значений атрибутов где-то в промежутке между двумя обычными узлами. Изолированные полигоны могут изображаться одной замкнутой на себя в псевдоузле дугой, что также не является ошибкой.

Висячий узел образуется на ни с чем не соединенном конце линии. Возможны три вида

ошибок, создающих висячие узлы:

– незамкнутость границы полигона;

– «недовод», т.е. недоведение дуги до объекта, к которому она должна быть присоединена;

– «перевод», при заходе дуги за объект, к которому она должна быть присоединена.

Как и в случае с псевдоузлами, не все висячие узлы являются ошибочными, некоторые

вводятся в ГИС намеренно. Чаще всего эти узлы служат указателями особой ситуации на конце дуги, например, узлы для указания окончаний дорог, истоков рек и т.д.

Наличие «осколочных» (крошечных) полигонов. Осколочные полигоны возникают из-за плохой оцифровки вдоль общих границ, где линия должна вводиться более

одного раза (при использовании векторно-нетопологических моделей). Они могут возникать также в результате операций наложения слоев. Поиск осколочных полигонов бывает труден: приходится просматривать изображение в поисках подозрительных границ полигонов, а затем увеличивать его, чтобы увидеть осколочные полигоны, либо выявлять полигоны с очень маленькими площадями.

Отсутствующие либо лишние метки внутри полигона. При оцифровке полигонов в покрытии необходимо указывать метку – точку внутри каждого из них, которая служит для связи с атрибутами и выбора места отображения текстовой информации

об этом полигоне. Нужна одна и только одна такая метка. В связи с этим возможны ошибки двух типов: отсутствующие метки и лишние метки.

Перечислите основные функциональные возможности ГИС. Опишите классы ГИС по функциональным возможностям. Приведите примеры ГИС, относящихся к разным классам. Охарактеризуйте Интернет-ГИС: что привело к созданию ВЕБ-ГИС, их назначение, функциональные возможности, которые они обеспечивают пользователям. Приведите примеры ВЕБ-ГИС и картографических ВЕБ-сервисов.

Набор функций и соответствующих им программных средств, определяющих функциональные возможности ГИС, включают:

– ввод данных в машинную среду путем их импорта из наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;

– преобразование (трансформацию) данных:

• конвертирование данных из одного формата в другой;

• трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

– хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных:

• создание запросов к таблице для выборки записей в зависимости от значения их атрибутов;

• функции работы с полями баз данных;

• соединение таблиц;

– картометрические операции:

• определение географических и прямоугольных координат;

• вычисление расстояний между объектами;

• вычисление длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;

• вычисление площадей склонов, объемов, заключенных между поверхностями;

– операции пространственного анализа – группа функций, обеспечивающих анализ пространственных данных и связей между ними:

• выбор объектов;

• операции оверлея (наложения);

• буферизация и анализ объектов в пределах буферных зон;

• пространственные запросы;

• анализ близости, анализ расстояния;

• анализ зон видимости/невидимости;

• анализ сетей;

• создание и обработка цифровых моделей рельефа и др.;

– операции «картографической алгебры» для логико-арифметической обработки растровых слоев как единого целого;

– обработку данных для получения интегральных показателей (используются методы, аналогичные приемам математико-картографического моделирования);

– визуализацию данных, вывод графической, табличной и текстовой документации.

Кроме того, в число функциональных возможностей ГИС могут входить:

– цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования);

– встроенный язык программирования, дающий возможность расширить функциональные возможности ГИС, настроить ее на требования пользователя.

Можно выделить три группы ГИС (классы ГИС):

Профессиональные ГИС – это мощные, полнофункциональные системы, ориентированные на рабочие станции или мощные ПК и сетевую эксплуатацию, обрабатывающие огромные объемы информации, имеющие разнообразные средства ввода (от дигитайзеров и сканеров до станций обработки космических снимков) и вывода, имеющие развитые средства документирования, что позволяет создавать карты, практически не уступающие тем, которые создаются с использованием традиционных технологий. Эти системы имеют универсальный характер, позволяющий им быть примененными в различных отраслях с одинаковым успехом. (INTEGRAPH, ESRI (Arc/Info, ArcGIS))

Настольные геоинформационные системы обладают несколько меньшими возможностями, чем описанные выше системы, и предназначены для решения, в первую очередь, научных задач, но могут быть использованы и в задачах управления. В этих системах не ставится столь жестких требований к качеству и разнообразию средств визуализации, объемам обрабатываемой информации, защите информации и ее сохранности. Эти системы доступны большинству коллективов и могут работать в любом малом офисе. (ArcView, MapInfo, Atlas GIS, WinGis)

Системы для домашнего и информационно-справочного использования. Это наиболее закрытые системы, которые либо не допускают вовсе внесения изменений в информацию или допускают незначительное ее изменение, например, редактирование записей в базе данных или внесение новых записей. Это дешевые системы, которые предъявляют очень скромные требования к ПК и обладают весьма ограниченным набором функций.

С развитием телекоммуникаций появилась возможность составлять и размещать огромные массивы электронных карт и атласов в сети Интернет.

Одна только Международная служба погоды регулярно посылает в Интернет метеорологические фотокарты разных районов планеты, каждые 15 мин. обновляя их по космическим данным.

Картографирование в Интернете имеет три аспекта:

– получение информации для составления карт;

– сам процесс интерактивного картографирования;

– презентация картографических произведений.

Интеграция геоинформационных и сетевых технологий привела к созданию Интернет-ГИС, позволяющих исследователю отыскивать нужные ему карты и далее работать с ними в интерактивном режиме, как с обычными настольными ГИС.

Интернет-ГИС воспринимает и воспроизводит все функции обычных ГИС. Таким образом, исследователи получают возможность пользоваться программным обеспечением, которое необязательно инсталлировано в их персональных компьютерах. При этом Интернет-ГИС обеспечивает распределенность пространственных данных и средств анализа, которые могут быть размещены в разных точках сети, оперативное обновление информации и программного обеспечения. Интернет-ГИС реализует две технологии картографирования. В одном варианте карты полностью создаются на удаленном сервере по запросу пользователя и затем передаются ему, в другом – к пользователю поступают лишь файлы исходных данных, и он самостоятельно выполняет их обработку и составление карт в интерактивном режиме.

Назовите устройства ввода графической информации в ГИС и опишите их. Как определяется оптимальное разрешение, необходимое для сканирования карты, и чему оно равно? Назовите технологии ввода графической информации в ГИС. Что такое цифрование? Опишите существующие в ГИС два метода цифрования, в том числе, какие режимы для каждого из них имеются, плюсы и минусы этих режимов.

К устройствам ввода относятся: сканеры, дигитайзеры и клавиатура (для непространственных атрибутов).

Сканер – это устройство для автоматического построчного считывания графической и текстовой информации, преобразования изображения в цифровую растровую форму. Сканер позволяет создавать электронную копию изображения для последующей ее обработки. Сканирование является одним из этапов цифрования картографических источников для их векторного представления, предваряющий процесс растрово-векторного преобразования (векторизацию).

Сканеры подразделяются на ручные, планшетные, барабанные, черно-белые, цветные. В наиболее распространенных сканерах планшетного типа изображение помещается на стеклянную плоскость, под которой располагается сканирующее устройство, состоящее из источника света и фотодетектора, собирающего отраженный от изображения или прошедший свет. При движении устройства в поперечном направлении относительно сканируемого материала фотодетектор считывает одну линию (строку) рисунка с шагом, определяемым разрешением сканера; при этом отраженные от рисунка сигналы считываются и кодируются числами, которые образуют строку элементов растра – пикселов. В процессе сканирования сканирующее устройство смещается, создавая новые строки элементов растра. Разрешение сканера задается количеством точек на дюйм (1 дюйм=2,54 см) и изменяется от 75 до 1200 dpi. В результате сканирования могут быть получены контрастные черно-белые, полутоновые изображения или цветные с диапазоном изменения цветов от 256 до 16 млн, которые сохраняются в файлах графических форматов, наиболее распространенными среди которых являются TIFF, PCX, GIF, JPG и EPS.

Дигитайзер – это устройство планшетного типа, предназначенное для цифрования (ввода информации в цифровой форме) методом ручной обводки специальным курсором графических элементов карт или других бумажных источников информации. В результате получается векторное изображение, каждый элемент которого определяется набором пар координат (X, У) и идентификатором.

Дигитайзер состоит из электронного планшета, в который вмонтирована тонкая проволочная сетка, и курсора, который улавливает магнитное поле, создаваемое этой проволочной сеткой. Карта, фотография или другой документ помещаются на плоскую поверхность графического планшета. Область электронной чувствительности дигитайзера ограничена обведенным на нем прямоугольником, за пределами которого карта оцифровываться не будет. Дигитайзер имеет собственную систему координат, и при передвижении курсора по планшету координаты перекрестья его нитей передаются в компьютер.

Размеры планшета дигитайзера колеблются от А4 до А0, переменным является также количество кнопок на курсоре. Стандартным считается наличие двенадцати кнопок.

Выбор разрешения при сканировании карты. Размер получаемого при сканировании пиксела в масштабе карты (в м) определяется по формуле

Рм =(M/dpi)/39.37, где M – масштаб сканируемой карты, dpi – выбранное разрешение

сканера (количество точек/пиксел на дюйм), 1/39.37 – перевод дюймов в метры.

Для карты, например, масштаба 1:200000, предельная точность определяется толщиной линии в 0,1 мм, т.е. 20 м на местности. Поэтому для сканирования данной карты достаточно выбрать из возможных разрешений такое, которое даст размер пиксела равным или немного меньшим 20 м (200000/dpi/39.37≈20). При dpi=300 Рм = 16,933 м, т.е. 300 – это и есть искомое разрешение для карты масштаба 1:200000.

Цифрование – это перевод пространственной информации в цифровую (векторную) форму. Точки, линии и полигоны в векторном формате представляются в виде последовательности пар координат X, Y. Точки представляются одной парой координат, линии представляют из себя набор координат, а полигоны формируются из линий и должны быть замкнуты.

Цифрование – ступенчатый процесс, включающий:

– подготовку исходной карты к цифрованию;

– выделение слоев и объектов;

– непосредственное цифрование;

– редактирование;

– занесение атрибутивной информации в соответствующие файлы или таблицы.

Существуют две основные технологии ввода графической информации в ГИС: