Геоинформационные системы

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Рабочая программа учебной дисциплины

Министерство образования и науки Российской Федерации

Владивостокский государственный университет экономики и сервиса

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Рабочая программа учебной дисциплины

специальности

230201.65 Информационные системы и технологии

Владивосток

Издательство ВГУЭС

2014

ББК **.**

Учебная программа по дисциплине «Геоинформационные системы» составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО и предназначена для студентов специальности 230201.65 “Информационные системы и технологии”.

Составитель: , канд. биол. наук, доцент, кафедра Информационных систем и прикладной информатики

Утверждена на заседании кафедры Информационных систем и прикладной информатики от 22.04.14г., протокол

Утверждена на заседании Ученого совета института ИИБС от 03.06.04.14г., протокол

© Издательство Владивостокского

государственного университета

экономики и сервиса, 2014

Введение

К настоящему времени стала очевидной проблема введения в информационные системы (и, стало быть, СУБД), новых функций, ответственных за поддержку данных, описываемых в системах координат. Географическая информационная система (ГИС) – это и есть система для управления пространственной информацией, ее анализом и отображением.

Как и любая солидная информационная система ГИС поддерживает три вида: базы данных, средств обработки данных и визуализации (данных и результатов обработки). Из них главной частью является база данных. Поэтому часто ГИС считают особым типом базы данных об окружающем мире – базой пространственных данных.

Причины введения дисциплины «Геоинформационные системы» заключаются в необходимости знакомства слушателей с основными моделями и форматами пространственных данных, их обработкой на интерфейсном и программном уровне, а также возможными средствами их отображения.

Изучение дисциплины «Геоинформационные системы» тесно связано с такими дисциплинами, как «COM-программирование», «Информатика». Для изучения дисциплины необходимы знания в области математики в объеме университетского курса. Знания и навыки, получаемые студентами в результате изучения дисциплины, необходимы для видов деятельности, связанных с системами наблюдения за Землей и космосом (системами глобального позиционирования GPS и ГЛОНАСС). Это градостроительство, транспорт, сельское хозяйство, геология, экология, рыболовство, телекоммуникации, бизнес и многое другое.

Особенность изучаемой дисциплины состоит в том, что студенты получают как теоретические знания, так и (в основном) практические навыки в области управления пространственными данными. Преподавание дисциплины ведется с использованием СОМ-программирования, не зависящего от языка и платформы. Лабораторные занятия по дисциплине связаны с использованием средств вычислительной техники и заранее подготовленных в электронном виде задач, видео-звуковых и текстовых лекций. Форматы звуковых лекций позволяют переносить их на плейеры, мобильные телефоны и другие носители, широко распространенные в студенческой среде.

Учебная программа разработана на основе учебного плана специальности 230200.65 Информационные системы и технологии.

1.1 Цели и задачи изучения дисциплины

Целью изучения дисциплины «Геоинформационные системы» является теоретическая и практическая подготовка студентов в области управления пространственными данными в такой степени, чтобы они могли определять и изменять их качество, выбирать необходимые структуры для хранения на электронных носителях и при необходимости добавлять им поведение (функциональность).

Основные задачи изучения дисциплины:

- формирование у студентов знаний о современной платформе ГИС;

- ознакомление с базовыми моделями данных: векторных и растровых представлений дискретных и непрерывных объектов;

- освоение современных форматов данных, в том числе представление данных в базе геоданных

- выработка практических навыков правильного выбора инструментов для эффективного решения задач обработки данных;

- знакомство с добавлением функциональности с помощью СОМ-программирования.

знакомство с основными типами ГИС: настольными, серверными, встраиваемыми, мобильными.

1.2 Перечень компетенций, приобретаемых при изучении дисциплины

Изучение дисциплины формирует следующие профессиональные компетенции:

- умение формализовать прикладную задачу и интерпретировать её в терминах ГИС;

- умение подобрать средства пакета ArcGIS для ее решения: совокупностью инструментов, использованием командной строки, самостоятельным написанием скриптов;

- умение решать простейшие задачи с использование СОМ-технологии программирования.

При этом студент должен знать базовые модели и форматы данных, их преимущества и недостатки, пространственные отношения объектов и топологии, используемые методых получения и обработки пространственных данных и уметь проводить оцифровку растровых карт, представлять данные в персональной базе геоданных, опрашивать данные с помощью атрибутивных и пространственных запросов, проводить анализ данных с помощью Конструктора моделей и отдельных инструментов (в системе ArcGIS), выполнять компоновку карты с составлением легенды и полной подготовки ее для издания и печати.

1.3 Основные виды занятий и особенности их проведения

Дисциплина «Геоинформационные системы» изучается студентами очной формы обучения на пятом курсе. Общее количество часов, которое отводится для изучения дисциплины - 136.

Для студентов очной формы обучения количество аудиторных часов – 68, из них: лекций – 34 часа, лабораторных работ – 34 часа. На самостоятельную работу отводится 68 час. Курсовых работ не предусмотрено. Итоговая аттестация – зачет.

1.4 Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины

При проведении лекций учитывается, что значительная часть материала, особенно для студентов заочной формы обучения, выносится на самостоятельную работу. На лекциях внимание акцентируется на определениях и простых примерах решения задач обработки структур данных. Изучение сложных вопросов выносится на лабораторные занятия.

Практические занятия, проводятся с использованием программного пакета ArcGIS 9.3 и его расширения Spatial Analyst для изучения примеров работы со структурами векторных и растровых данных и решения задач. Это дает возможность формировать необходимые знания и практические навыки.

Контроль усвоения материала проводится по результатам выполнения экспресс-контрольных работ и индивидуальных домашних заданий. Для помощи студенту в освоении теоретического материала лекционных занятий и самостоятельной работы предусматриваются консультации ведущего преподавателя.

Для защиты лабораторных работ в рамках самостоятельной работы студента предусмотрено время для оформления отчета и освоения теоретического материала для ответов на контрольные вопросы.

Для усвоения и проработки теоретического материала, а также приобретения навыков проектирования и анализа вне ВУЗа предусматривается снабжение всех студентов электронными лекциями в виде текстов в формате Word, звуковыми лекциями - в формате мр3, видеопояснениями – в формате avi.

1.5 Виды контроля и отчетности по дисциплине

В ходе изучения дисциплины предусматриваются аттестации знаний студентов.

Текущая аттестация знаний студентов включает:

- экспресс контрольные работы на лекционных занятиях;

- защиту отчетов по выполняемым лабораторным работам;

- оценку знаний и умений студентов при проведении консультаций по лекционным и лабораторным занятиям.

Текущие аттестации проводятся в соответствии с Положением о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса. Предусматривается две промежуточные аттестации на 7-8 и 13-14 неделях семестра. Аттестация может быть проведена в форме устного или письменного опроса или теста по разделам дисциплины, изученных студентом в период между аттестациями, при этом учитывается количество выполненных и защищенных лабораторных работ, а также количество выполненных контрольных работ за отчетный период.

Форма аттестации предлагается ведущим преподавателем и утверждается на заседании кафедры. Результаты аттестации заносятся в ведомость установленной формы.

Промежуточная аттестация завершается зачётом на четвертом или пятом курсе. Условием получения зачёта студентом является успешное прохождение двух текущих аттестаций в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во ВГУЭС. Кроме того, студент должен выполнить и защитить все лабораторные работы. Итоговая оценка по дисциплине формируется на основе результатов текущих и промежуточной аттестаций.

1.6 Техническое и программное обеспечение дисциплины

При изучении дисциплины на лекционных занятиях используется презентационное оборудование. Практические занятия проводятся в компьютерном классе с установленным программным обеспечением ArcGIS 9.3 и его расширением Spatial Analyst.

2. Содержание курса

2.1 Перечень тем лекционных занятий

Тема 1. Существо различий между классическими базами данных (БД) и базами пространственных данных (БПД). Модели пространственных данных и их рабочие форматы. Отличительная особенность ГИС - топология пространственных объектов и пространственных запросов. Список примеров практического использования геоинформационных систем. Краткое описание строения конкретной системы – ArcGIS – и примеры настройки интерфейсов приложений этой системы.

Тема 2. Векторные объекты БПД, их создание и редактирование. Описание объектов, практика их редактирования и создания. Понятие логических и геометрических сетей, возможности создания пользовательских инструментов обработки векторных данных.

Тема 3. Растровые объекты БПД, их создание и редактирование. Представления растров в БПД в виде наборов растровых данных, каталогов растров, мозаики растров, полей типа растр и т. п.

Тема 4. Проектирование и построение базы пространственных данных. Объекты, составляющие БПД, их поведение, место и способы хранения геометрии, атрибутов и отношений между пространственными объектами. Создание и краткое рассмотрение объектной модели БПД на уровне интерфейсов ArcMap и ArcCatalog.

Тема 5. Системные инструменты Геообработки векторных данных. Рассмотрение основных инструментов (блоков программ).

Тема 6. Системные инструменты Геообработки растровых данных. Набор инструментов Spatial Analyst.

Тема 7. Работа с Конструктором моделей. Новые возможности визуального программирования. Механизм работы Конструктора. Но он позволяет решать такие задачи, которые немыслимо выполнить вручную.

Тема 8. Язык программирования Python и модель объекта Геопроцессор. Описание модели программирования Geoprocessor и объекта IGPDispatch, с помощью которых можно реализовать расширение ArcGIS.

Тема 9. Разработка приложений ArcGIS с помощью ArcObjects. Использование технологии СОМ. Проблемы разработки в ArcObjects и примеры кода для реализации в среде VB и VBA.

Тема 10. Иллюстрированные примеры кода.

2.2 Описание задач лабораторных занятий

Задача 1. Работа с легендами слоев данных.

В папке Упр_0101 открыть карту Приморский край. mxd, которая содержит 4 фрейма данных со следующими обозначениями источников и слоев данных:

Источник данных	Слой данных
Admin_unit	административное деление
Ecotours	экотуры
Towns	города
Hunt_p	лучшие охотугодья
Hunt_s	спортивная охота
Iso_pol	рельеф
Boundary	границы Приморского края
Riv_lin	основные реки
Riv_pol	крупные водоемы

Подключить слои к источникам данных и держать полученную карту в качестве образца.

Создать пустую карту и, работая только кнопкой «Добавить данные», построить карту, в точности соответствующую образцу.

Подписать основные объекты на полученных картах в автоматическом режиме.

Задача 2. Свойства системы координат.

В папке Упр_0102 запустить карту Robinson. mxd, подсоединить все элементы таблицы содержания к источникам данных. Определить имеющуюся систему координат карты.

Изменяя систему координат, повернуть Земной шар таким образом, чтобы г. Владивосток находился приблизительно в центре карты.

Задача 3. Свойства проекций

Обычно картографическая проекция искажает либо форму объектов, либо расстояния между объектами. В этом можно убедиться, анализируя карту «Проекции» в папке Упр_0103. При открытии карты Вы увидите эллипс слоя Форма и два эллипса из слоя Расстояние, отмечающие местоположение городов Лос-Анжелеса и Нью-Йорка. Система координат этого фрейма географическая - GCS_North_American_1983_CSRS98.

Измерить расстояние между указанными двумя городами и изменить систему координат на предопределенную (predefined) Меркаторскую, например, WGS_1984_UTM_Zone_14N. Эллипсы стали кругами. Снова измерьте расстояние между Лос Анжелесом и Нью-Йорком (инструментом ).

Вернуться к исходной карте. Она будет служить в качестве образца.

Построить такую же карту, не используя файл карты-образца (*.mxd), а также шейп-файлы Форма и Расстояние.

Задача 4. Элементы оцифровки.

В папке Упр_0201 открыть карту Аэрофото. Некоторые из строений оцифрованы неточно. Исправить оцифровку BLDGS_ID=101 и к контуру строения добавить «крылечко» в виде прямоугольного выступа в любом месте.

Если соединить два строения (BLDGS_ID=101 и BLDGS_ID=114) коридором и объединить их в одно строение, то как это отразится на атрибутивной таблице?

Объединить две соответствующие записи вручную, имея в виду сильные различия атрибутов.

Попробуйте разработать методику объединения для случая несильного различия атрибутов, вставить методику в домен и объединить оба строения в автоматическом режиме (необязательное упражнение).

Задача 5. Непространственные запросы

В папке Упр_0202 открыть карту Запросы. Выполнить следующие запросы к слою Города (с помощью Конструктора запросов):

·  Отобрать все столичные города, названия которых начинается на букву М.

·  Отобрать все столичные города, которые имеют в названии букву м.

·  Отобрать столичные города в странах, имеющих плотность населения свыше 500 человек на квадратный километр.

Задача 6. Непространственные запросы

В папке Упр_0203 открыть карту «Выбор квартиры». Найдите квартиры, отвечающие следующим условиям:

·  Статус - продается

·  Число спальных комнат (BD_RMS) – 3

·  Цена (SALE_PRICE) – менее 100000$

·  Расположение – угловая (на перекрестке улиц)

Задача 7. Пространственные запросы

Открыть в папке Упр_0204 карту Разломы. Определить водоводы, пересекающие геологические разломы, а также определить общую длину водоводов, приходящуюся на каждого собственника

Задача 8. Пространственные запросы

Открыть в папке Упр_0205 карту Затопления. Город хочет уведомить всех владельцев собственности в пределах зоны затопления, определенной за 100-летний период, о специальных дешевых займах для подъема дамбы над базовым уровнем наводнения, этим самым сокращая страховые издержки.

Определить всех владельцев, у которых центры земельных участков попадают внутрь зоны затоплений, определенной за 100-летний период. Сколько нужно послать уведомлений в г. Онтарио?

Задача 9. Пространственные запросы

Ваша фирма планирует расположить новую выставку товаров в юго-восточной части США. Для этого Вам нужно определить города с населением более 80000 человек. Вы должны быть уверены, что клиенты, заказывая товар в выставочном зале, могли бы получить его на следующий день. Для реализации этой цели, новая выставка должна находиться в одном дне поездки (примерно 300 миль) от Вашего регионального центра распределения в Атланте, Джорджиа. Вы также желаете расположить новую выставку в штате, где продажи в прошлом году были слабыми. Это помогло бы увеличить их. Ваши данные о продажах за прошлые годы находятся в файлах SALES.

Для решения задачи:

·  Войдите в папку Упр_0206 и откройте карту Выставка.

·  Соедините таблицу SALES с таблицей слоя «Соединенные Штаты Америки».

·  Раскрасьте этот слой по значению поля SALES. TOTAL.

·  Создайте слой из городов с населением >= 80000 и найдите город Atlanta.

·  Выберите все города в пределах 300 миль от Atlanta и подпишите их.

Задача 10. Интерполяция.

Войдите в папку 0301 и запустите карту «Интерполяция. mxd». В ней слой «Пробы» показывает распределение точек отбора проб на сельскохозяйственных угодьях (слой «территория»). Изучите все показатели, которые измерялись в точках опробования. Для показателей, представляющих интерес, проведите интерполяцию методом ОВР. Каждую поверхность поместите в отдельный фрейм данных и сопроводите слоем отмывки и слоем изолиний.

Задача 11. Зональные статистики

Как менеджер по продажам Вы хотите понять, почему некоторые продавцы перерабатывают, а другие имеют слишком много свободного времени. В данном упражнении Вы создадите карту плотности населения по точечным данным переписи, затем определите число людей внутри торговой области для каждого торговца.

Указания:

·  Войдите в папку Упр_0302 и откройте карту Торговля.

·  Вычислите плотность по теме Численность при радиусе поиска 350 м и типе плотности Kernel.

·  Измените легенду слоя Торговые области соответственно продавцам (SALESMGR).

·  Вычислите статистики (среднее) по зонам, где Salesmgr - поле, определяющие зоны, а слоем обобщения является вычисленная плотность.

Объясните содержание полученной диаграммы. Продумайте, как оценить общее население для каждой торговой области?

Задача 12. Калькулятор растров

Вы хотите найти хорошие местоположения для новых банков. Вас в наибольшей степени интересуют густонаселенные районы, удаленные от существующих банков. Исходные данные: шейп-файлы банков и улиц, грид плотности населения (popden).

Для решения задачи

·  Войдите в папку Упр_0303 и откройте карту Банки.

·  определите наилучшие банки по значениям поля PRIVAT_DEP>10 ,

·  создайте карту расстояний (по прямой) от этих банков,

·  опросите карту по расстояниям и народонаселению ([Плотность населения] > 5000 & [Расстояния] > 500).

Результат конвертируйте в шейп-файл и отобразите с другими данными в презентации.

Примечание. Все гриды в качестве образца ссылаются на грид popden.

Задача 13. Элементы оцифровки

Войдите а папку 0304 и создайте в ней персональную базу геоданных «Оцифровка». В этой БГД заведите набор классов объектов «Данные». В этом наборе заведите классы ПО «Остров», «Озера», «Реки», «Дороги».

Импортируйте в БГД растр «Путятин. bmp» и проведите оцифровку всех указанных выше классов ПО. Реки должны иметь притоки, притоки должны: иметь названия, отображать направление течения, иметь математически точное соединение с другими притоками.

Как обеспечить распределение экстентов всех классов ПО внутри экстента изображения?

Задача 14. Редактирование топологии

Войдите в директорию Упр_0401 и заведите в ней персональную БГД с единственным набором классов. Поместите в набор классов находящийся в папке шейп-файл «GW». Исправьте все топологические ошибки во вновь созданном классе.

Задача 15. Создание слоев

Откройте в папке Упр_0402 карту Разломы. Создайте слой из водоводов, пересекающих геологические разломы. Составьте собственную легенду для слоя, подпишите каждый водовод слоя именем собственника водовода.

Задача 16. Построение геометрической сети

Войдите в директорию Упр_0403 и запустите карту «Пример речной сети. mxd». Подключите, если надо, к источникам шейп-файлы: Узлы, Реки, Границы, Озера.

·  Создайте геометрическую сеть по данным из шейп-файлов Узлы и Реки, а остальные данные используйте как фон.

·  Определите и исправьте все ошибки, выявленные при создании геометрической сети.

·  Проведите недостающие осевые линии потоков, проходящие через озера.

·  Устраните все разрывы сети, не превышающие 10 м.

Задача 17. Выборка

Войдите в директорию Упр_0501 и поместите на карту шейп «GW». С помощью инструмента Выборка извлеките объекты с кодом «02-05» и поместите в отдельный шейп-файл или класс ПО.

Задача 18. Вершины в точки

Сделайте копию шейп-файла «Изолинии. shp» из папки «Общие данные\Городской рельеф» и преобразуйте линии в точки.

Задача 19. Пересечение

Физический смысл объектов, определяемых параметром «CODE» (зоны подтопления) в задаче 1, таков, что не допускает пересечений объектов с разными кодами. Отвечают ли данные оцифровки этим требованиям?

Задача 20. Слияние

Сделайте копию шейп-файла из Задачи 1 и разбейте его на слои по признаку «CODE». Исправьте ошибки оцифровки и соберите слои в новый объект с помощью инструмента «Объединить» (Integrate).

Задача 21. Преобразования

Сделайте копию шейп-файла из Задачи 1 и с помощью соответствующего инструмента превратите все полигоны в полилинии. Сделайте общие границы объектов с разными значениями признака «CODE» абсолютно одинаковыми. Проведите полную корректировку геометрии с помощью инструмента «Корректировка геометрии». После всех исправлений преобразуйте полилинии в полигоны.

Задача 22. Переклассификация.

Войдите в папку 0601 и просмотрите в любом текстовом редакторе файл растра gw. txt. Преобразуйте его значения (в любой среде программирования) с помощью следующей перекодировки:

1 : 2, 2 : 3, 3 : 4, 4 : 1

Всем прочим значениям присвоить NODATA.

Просмотрите перекодированный растр в ArcMap. Раскрасьте растр, считая его значения упорядоченными.

Задача 23. Интерполяция.

Войдите в папку 0602 и запустите карту «Интерполяция Топо в растр. mxd». Используйте все имеющиеся файлы для получения рельефа с Инструментом «Топо в растр». Используйте полученные данные для создания отмывки рельефа, создания слоя изолиний, слоя уклонов и слоя экспозиций.

Задача 24. Генерализация.

Используйте слой уклонов из предыдущей задачи для генерализации данных с помощью последовательности инструментов: Reclassify, Majority Filter, Boundary clean, Region Group, Set Null, Nibble.

Задача 25. Генерализация.

Решите задачу 3 из предыдущей лекции с использованием модели «Генерализация». Поместите модель в персональную базу геоданных.

Задача 26. Взвешенное наложение.

Скопируйте данные задачи 0602 в персональную БГД. На их основе организуйте модель, в которой сначала создайте ЦМР методом Топо в растр, затем получите уклоны и экспозиции, переклассифицируйте и генерализуйте их и, наконец, используйте в методе наложения.

Задача 27. Взвешенное наложение (необязательная).

Скопируйте все данные задачи 0602 и шейп-файл «GW» из 0401 в персональную БГД. Как и ранее, получите уклоны и экспозиции и произведите наложение распределений уклонов, экспозиций и грунтовых вод для определения наилучших мест застройки.

Задача 28. Освоение скриптового языка Python

1.  Напишите функцию, которая склоняет слово «рубль».

Подсказка (алгоритм).

Функция склонение_рубля (х):

Если предпоследняя цифра равна 1:

возвратить «рублей»

иначе:

если последняя цифра равна 1:

возвратить «рубль»

иначе:

если последняя цифра 2, 3 или 4:

возвратить «рубля»

иначе:

возвратить «рублей»

2.  Напишите программу, выдающую сообщение об ошибке, если она (по любым причинам) не имеет доступа к Spatial Analyst.

3.  Покажите, как программно определить тип Пространственного объекта из файла в рабочем пространстве (например, тип шейп-файла)?.

4.  Напишите программу, вызывающую из базы геоданных все классы полигональных объектов. Определите в этой программе число и тип всех полей у первого по списку класса Пространственного объекта.

5.  Выведите в текстовый файл координаты контура побережья карты «Юг Приморья».

Задача 29. Значения ячеек растра

Напишите программу, которая отображает значения ячеек первого растрового слоя на карте. Отображаемые значения могут быть из одноканального или многоканального растра. Эти значения определяются в местоположении курсора мыши, когда пользователь перемещает мышь над растровым слоем. Значения будут отображаться в нижнем левом углу окна ArcMap.

Как обычно, сначала Вы создадите новую кнопку на инструментальной панели и добавите к ней исходный код.

Задача 30. Генерализация растровых данных

Используйте ArcObjects для реализации задачи 3 Главы 6: генерализации данных с помощью последовательности инструментов: Reclassify, Majority Filter, Boundary clean, Region Group, Set Null, Nibble.

Задача 31. Непространственные запросы

Выполните программно в любой удобной для Вас среде разработки все атрибутивные запросы, приведенные в контрольных задачах лекции 2

Задача 32. Пространственные запросы

Выполните программно в любой удобной для Вас среде разработки все пространственные запросы, приведенные в контрольных задачах лекции 2

Задача 33. Создание компонента

Напишите свой собственный компонент, склоняющий слово «рубль» (см. задачи лекции 8).

3. Методические рекомендации по изучению курса

3.1 Перечень и тематика самостоятельных работ студентов, методические указания и формы отчетности

В рамках общего объема часов, отведенных для изучения дисциплины, предусматривается выполнение следующих видов самостоятельных работ студентов (СРС): контрольные работы (индивидуальные домашние задания), самостоятельное изучение теоретического материала с самоконтролем по приведенным ниже вопросам, изучение теоретического материала при подготовке к защите лабораторных работ, итоговое повторение теоретического материала, выполнение курсового проекта.

Для самостоятельного изучения дисциплины выносится часть материала по всем темам дисциплины с самоконтролем по контрольным вопросам и возможностью консультации у ведущего преподавателя общим объемом 46-50 часов СРС.

Для выполнения лабораторных работ в соответствии с разделом 2.2 настоящей учебной программы студент должен предварительно освоить теоретический материал соответствующих тем.

До выхода на сессию студенты-заочники самостоятельно изучают материал тем 1 - 9 с самоконтролем по приведенным вопросам с объемом СРС 72 часа.

На сессии студенты выполняют лабораторную работу из перечня раздела 2.2 настоящей рабочей программы. Студент должен предварительно самостоятельно освоить теоретический материал соответствующих разделов. Для защиты работы он должен знать теоретический материал и продемонстрировать практические знания.

3.3 Методические рекомендации по работе с литературой

Для изучения теоретического материала по дисциплине можно предложить классические учебники [1-4].

В книге [1]. изложены основы пространственных данных. По мнению авторов, современные СУБД не могут адекватно моделировать реальный мир из-за слабого учета пространственных данных. Этого недостатка лишены объектно-реляционные базы данных, которые могут использоваться не только в ГИС, но также в мультимедийных информационных системах, САПР, в астрономии, метеорологии, молекулярной биологии и в вычислительной технике. В книге приводится всесторонний обзор систем управления базами пространственных данных. В дополнение к традиционным темам, например, языкам запросов, индексированию и обработке запросов, в работе освещаются и современные проблемы, такие как пространственные сети и поиск пространственных закономерностей. Привязки к конкретным программным продуктам нет.

Книга [2] содержит руководство по проетированию базы данных. Прекрасный вводный учебник, дающий понимание различных моделей, которые используются для представления географической информации в среде программного обеспечения ArcInfo. Используя четкие описания и отличные иллюстрации, книга дает те идеи и понятия, которые применяются для проектирования, реализации и использования баз географических данных ArcInfo. Кроме объяснения модели данных ArcInfo (пространственные объекты, поверхности, сети, растровые изображения и т. д.) книга также дает хорошее представление о том, как использовать эту среду для проектирования информационных моделей, отвечающим конкретным потребностям. Изложена только идейная сторона работы ArcInfo. Практическая работа и программирование оставлена на руководства пользователя и разработчика.

Книга [3] предназначена для пользователей ГИС во всех областях приложения этой технологии. Ее прочтение принесет наибольшую пользу тем, кто впервые начинает работать с ГИС и хочет понять и увидеть, в чем заключается ее реальная мощь. Это позволяет рекомендовать данную книгу в качестве учебного пособия для курсов по ГИС в высшей школе, колледжах и школьных программах, а также как руководство для самостоятельной практической работы. В книге отсутствует какая-либо привязка к конкретным программным продуктам.

Книга [4] полностью состоит из упражнений, выполняемых на персональном компьютере, и состоит из трех крупных разделов:

·  Поиск и исправление ошибок топологии в базе геоданных

·  Редактирование объектов ГИС

·  Построение базы геоданных

Упражнения этой книги в существенной мере покрывают темы, изучаемые на данном курсе. Первая часть представляет краткое руководство по редактированию баз геоданных и настройке поведения объектов для оптимизации процесса редактирования (с помощью соблюдения правил топологии). Вторая часть содержит упражнения, которые помогают познакомиться с инструментами создания и редактирования объектов в ArcGIS. Третья часть книги включает упражнения по созданию баз геоданных, показывающие, как добавить типы поведения, представленные в первой части, в собственную базу геоданных студента.

Дополнительная литература [1-7] содержит сведения по описанию и пользованию ArcGIS, ArcMAP, ArcCATALOG и др. содержат приложения и руководства пользователя. Дополнительная литература [8-20] содержит информацию по ArcGIS.

Для подготовки к зачету и интенсификации самостоятельной работы студентам предлагается презентация учебного материала и конспект лекций, находящиеся на портале раздаточных материалов ВГУЭС.

3.3 Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения дисциплины

Лекция 1.

1.  Чем отличается хранение атрибутов в векторной и растровой моделях?

2.  Приведите собственные примеры возможного использования ГИС.

3.  Что такое пространственные данные?

4.  Что такое датум?

5.  Перечислите составные элементы информационной системы, геоинформационной системы. Какие программные продукты поддерживают эти элементы в ArcGIS?

6.  Какой самый отличительный признак пространственных и непространственных баз данных?

7.  Какие виды настроек ArcMap доступны на непрограммном уровне?

8.  Есть ли какие-либо отличия в настройках ArcMap и ArcCatalog?

Лекция 2.

1.  Просмотрите контекстное меню атрибутивной таблицы в таблице содержания и попробуйте самостоятельно определить назначение каждой команды.

2.  Что подразумевается под «Внешним видом таблицы»?

3.  Как в атрибутивной таблице перейти от текущей записи на указанное число записей? Как найти конкретную запись?

4.  Могут ли быть созданы диапазонные домены для типов полей Text?

5.  Изучите работу инструмента редактирования при задаче Редактора «Изменение пространственного объекта». Научитесь перемещать, вставлять и удалять вершины ПО.

6.  Что такое правила разделения и объединения?

7.  Может ли набор классов содержать классы с разными типами геометрии?

Лекция 3.

1.  Что значит растр, управляемый БГД?

2.  Сколько способов ввода набора растровых данных в БГД Вы знаете?

3.  Какие признаки отличают элементы Каталога растров от элементов Мозаики растров?

4.  Что такое опорные точки?

5.  Для чего нужны пирамиды растров?

6.  Как показатель степени в методе обратно-взвешенных расстояний (ОВР) влияет на результаты интерполирования?

7.  Что такое переклассификация и каковы причины ее использования?

8.  Перечислите по памяти все виды зональных статистик и объясните их смысл.

Лекция 4.

1.  Как с помощью пользовательского интерфейса ArcGIS найти данные пространственной привязки и экстента слоя?

2.  Перечислите элементы «разумного» поведения пространственных объектов.

3.  Может ли геометрическая сеть существовать вне БГД?

4.  Может ли соединение в геометрической сети связывать несколько ребер?

5.  Изучите все команды на панели «Редактирование сети» и проверьте связность созданной Вами сети.

6.  Какие топологические ошибки являются типичными для точечных ПО? Линейных ПО? Площадных ПО? Для ответа можете использовать постер, находящийся в папке Упр_0401.

7.  В каком виде топология хранится в персональной БГД?

8.  Может ли топология существовать вне БГД?

Лекция 5.

1.  Перечислите инструменты, которые могут оказаться необходимыми при генерализации полигонов, таких как векторизованные зоны уклонов рельефа

2.  Какие инструменты помогут Вам извлечь класс ПО из набора классов ПО?

3.  Укажите способы, которыми можно отдельный ПО ввести в класс ПО, а отдельный класс ПО ввести в набор классов БГД?

4.  Какой инструмент Вы предпочтете для удаления из класса ПО отдельных ПО, например, удалить из карты все острова и оставить только материковую часть?

5.  Какую выгоду приносит создание подтипов?

6.  Как вырезать из карты (набор классов объектов) фрагмент произвольной сложной формы?

7.  Какой инструмент Вы используете при преобразовании изолиний в точки?

Лекция 6.

1.  Как вырезать из растра фрагмент произвольной формы?

2.  Как извлечь нужные ячейки из растра с вещественными значениями?

3.  Как объединить два растра, из которых один содержит ячейки со значениями денежных единиц (стоимость земли), а второй – ячейки со значениями градусов (уклоны рельефа)?

4.  Оценка стоимости земли в г. Владивостоке сильно зависит от расстояния (по прямой) до центра города. Ясно, что такая оценка для земель, находящихся на другой стороне залива Золотой Рог, теряет здравый смысл. Как следовало бы исправить эту нелепость?

5.  Что делают следующие функции:

outGrid =

(inGrid > 10.AsGrid).Con(inGrid,(inGrid <= 5.AsGrid).Con(inGrid. Sin, inGrid. Cos))

outGrid = inGrid. IsNull. Con(31.AsGrid, inGrid)

6.  Почему нижеприведенное выражение называется «выделением водотоков из аккумулированного стока»?

netGrid = (accGrid < 600.AsGrid).SetNull(1.AsGrid)

7.  Какой инструмент геообработки должен использовать снайпер для определения «непростреливаемых» площадей?

8.  Какая инструментальная панель в ArcMap по своему назначению ближе всего соответствет инструменту геообработки «Деформация»?

Лекция 7.

1.  О чем свидетельствуют тени на диаграмме модели?

2.  Что такое промежуточные данные?

3.  Перечислите все элементы диаграмм моделей.

4.  Как определить местоположение исходного кода Вашей модели?

5.  Какой инструмент используется для извлечения и сохранения части данных для будущей геообработки?

6.  Можно ли Ваши инструменты и модели геообработки хранить в БГД?

7.  Можно ли в окне ModelBuilder организовать цикличные процессы?

Лекция 8.

8.  Можно ли изменять строковые значения в языке Python?

9.  Как выполняется конкатенация строк с переменными другого типа?

10.  Подтвердите, что объект FeatureClass имеет 19 типов геометрии.

11.  Сколько методов имеет объект Field? объект Fields?

12.  В слове «КУПЕЙКА» измените программным путем У на О.

13.  Найдите ошибку в программе:

from win32com. client import Dispatch

GP = Dispatch("esriGeoprocessing. GPDispatch.1")

GP. Workspace = "D:\\St_Johns\\data. mdb"

fcs = gp. ListFeatureClasses("G*")

Лекция 9.

1.  Что такое абстрактный класс? Приведите примеры абстрактных классов в ArcGIS. Где можно просмотреть абстрактные классы?

2.  Какие виды отношений существуют между классами?

3.  Допускает ли VB множественное наследование?

4.  Может ли объект быть одновременно и сервером и клиентом?

5.  Могут ли два объекта иметь один и тот же интерфейс, но реализовать его по-разному?

6.  Какой интерфейс по умолчанию используют объекты приложений ArcMap и ArcCatalog?

7.  Для чего используются Категории компонентов?

8.  В каком разделе системного реестра регистрируются классы?

4. Список рекомендованной литературы

Основная

Шипулин принципы геоинформационных систем: Учебное пособие / - Харьков: ХНАГХ, 20с. , Шайтура геоинформационных систем / , - М.: Изд.-во «Рудомино», 20с. , Шайтура системы. Учебное пособие / , – М.: Изд-во КУДИЦ-ПРЕСС, 2009. – 272 с. Советов технологии: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2008. – 263 с.

Дополнительная

1. Боб Бут и Энди Митчел. Начало работы с ArcGIS. 20Майкл Минами. ArcMap. Руководство пользователя. Часть I и Часть II. 20с. 3. Джеф Шанер и Дженифер Райтсел. Редактирование в ArcMap. 20с. 4. Алето Вьено. ArcCatalog. Руководство пользователя. 20с. 5. Корей Такер. ArcToolbox. Руководство пользователя. 2002. 97с. 6. Мелита Кеннеди и Стив Копп. Картографические проекции.20с. 7. Andrew MacDonald. Building geodatabases. 2001, USA, New York. p ArcGIS 9. Geostatistical Analyst Руководство пользователя, 2001, USA, New York. p ArcGIS 9. Spatial Analyst Руководство пользователя. 2001, USA, New York. p Jill McCoy. ArcGIS 9. Геообработка в ArcGIS. 2004, USA, New York. p Aleta Vienneau, Jonathan Bailey, Melanie Harlow, John Banning, Simon Woo. 12. ArcGIS 9. ArcCatalog Руководство пользователя. 2004, USA, New York. p Rhonda Pfaff, Bob Booth, Jeff Shaner, Scott Crosier, Phil Sanchez, Andy MacDonald 14. ArcGIS 9. ArcMap Руководство пользователя. 2004, USA, New York. p ArcGIS 9. Картографические проекции. 2000, USA, New York. p Jill McCoy. ArcGIS 9. Работа с базами геоданных: Упражнения. 2004, USA, New York. p Rhonda Pfaff, Bob Booth, Jeff Shaner, Scott Crosier, Phil Sanchez, Andy MacDonald. 18. ArcGIS 9. Редактирование в ArcMap. 2004, USA, New York. p Scot Croiser et all. ArcGIS 9. Начало работы в ArcGIS. 2004, USA, New York. p Agatha Tang. ArcGIS 9. Geocoding Rule Base Developer Guide. 2003, USA, New York. p 265 Bob Booth, Jeff Shaner, Andy MacDonald, Phil Sanchez, Rhonda Pfaff. ArcGIS 9. Geodatabase Workbook. 2003, USA, New York. p 265