Геоинформационная система "Компас-2" и возможности её использования для ведения природных ...

Таблица 1

Матрица классификации класса В равно сумме

записей в столбцах А, С и О строки В (числу точек, относящихся на местности к классу В, а в базе данных - к другим классам). Ошибка добавления(ложного класса) имеет место в случаях, когда в базе данных зафиксирован класс, которого нет на местности, например, для класса А - это сумма записей в строках В, С и О столбца А (соответствует числу точек, неправильно отнесенных к классу А в базе данных).

Для обобщения матрицы соответствия используют такой показатель достоверности классификации, как количество правильно классифицированных точек, расположенных по диагонали матрицы (в %). На самом деле это число может быть случайным. Чтобы учесть этот факт часто при обобщении результатов используют так называемый индекс к каппа Коэна, вносящий поправку на случайность. Он вычисляется по формуле:

K=(d-q)/(N-q)                           (1)

где d - число случаев правильного получения результата (сумма значений, стоящих на диагонали матрицы соответствия); q - число случайных результатов, вычисляемое через число случайных результатов в столбцах пс и истинных в строках пг матрицы соответствия. N - общее число точек. Для абсолютно точных результатов (все N точек на диагонали) каппа равна 1, а при чисто случайном попадании - О. В приведенном примере

q= (22x25/100 + 26x18/100 + 25x24/100 + 27x33/100) = 25,09; K= (58-25)/(100-25) = 0,44;

показатель достоверности классификации равен 44%, что меньше значения, полученного по диагональным элементам (58%).

Неопределенность атрибутов каждого элемента растра постоянна для каждого из представленных классов объектов, а позиционная неопределенность постоянна для всего растра - фиксируется один раз для всей карты.

Для социальных данных основной источник неточности в атрибутах - недоучет данных. Например, при проведении переписи в некоторых районах и по некоторым социальным группам недоучет может быть очень высоким (>10%).

2.7.10.Логическая непротиворечивость, полнота, происхождение

Эти элементы качества данных относятся к базе данных в целом, а не к объектам, атрибутам или координатам.

Логическая непротиворечивость связана с внутренней непротиворечивостью структуры данных, с топологическим представлением данных, что означает наличие исчерпывающего списка взаимоотношений между связными геометрическими представлениями данных без измерения хранимых координат пространственных объектов. Она обычно заключается в ответах на вопросы: замкнуты ли полигоны, нет ли полигонов без меток или с несколькими метками, есть ли узлы на всех пересечениях дуг. Логические противоречия могут быть связаны с проблемами согласования информации и географических границ при совмещении данных из разных источников.

Полнота связана со степенью охвата данными множества объектов, необходимых для представления реальности или отображения на результирующей карте (все ли соответствующие объекты включены в базу данных?). Она зависит от правил отбора объектов или явлений, генерализации и масштаба.

Происхождение включает сведения об источниках данных, времени сбора данных, точности источников и цифровых данных, организации, которая их собирала, об операциях по созданию базы данных (как кодировались данные и с какого исходного материала, как происходила их обработка). Обычно эта информация содержится в специальных файлах метаданных.

2.7.11.Особенности интеграции разнотипных данных

Новые виды и типы цифровых данных требуют разработки методов их совместного использования, оценки пригодности для создания ГИС и составления карт. Создание проблемно-ориентированных банков географических и картографических данных и знаний способствует не только накоплению и обмену информацией, но и повышению качества и достоверности результатов, получаемых ГИС. Особенно возрастает роль таких банков для интеграции, пространственного и тематического согласования информации.

Проблемы интеграции данных особенно остро встали в связи с широким использованием уже существующих цифровых карт, содержащихся в разнообразных базах пространственных данных и распространяемых по телекоммуникационным сетям. Они могут быть слоями проблемноориентированных ГИС, представлять результаты компьютерного дешифрирования аэро и космических снимков, цифрового моделирования объектов или явлений. Информация относительно их происхождения, методов создания, точности и достоверности часто отсутствует или не­доступна. Совокупность цифровых данных о пространственных объектах, составляющих содержание баз географических данных ГИС, по существу, еще не является цифровой картой. На картах, созданных на основе данных дистанционного зондирования, "пиксельные" разрешение и генерализация могут не соответствовать показателям картографической точности и генерализации для выбранных масштаба и проекции. Особенно сложна интеграция данных, представляемых на карте условными знаками, из-за их внемасштабности и уникальности.

Технология создания цифровых карт часто определяется временными, не устоявшимися, разрозненными, не всегда профессионально составленными инструкциями и техническими заданиями, разработанными производителем или заказчиком работ, ведомственными инструкциями. Все чаще появляются в публикациях сообщения об ошибках в цифровых картах, а иногда об их полной непригодности к использованию или ненадежности как источников данных.

При традиционном (бумажном) создании карт разнотипные данные применяются давно и методы их совместного использования хорошо разработаны. Современное техническое и программное обеспечение позволяет на основе любых доступных данных создавать сколь угодно сложные по содержанию карты и делать их легко доступными для использования и модификаций. Но часто это делается без учета картографических традиций, в то время как доверие к цифровым картам велико. Решение проблем интеграции данных при создании и использовании цифровых карт лежит в области разработки инфраструктуры простран­ственных данных (на национальном, межгосударственном уровнях), четкой структуры метаданных и картографически обоснованного применения ГИС-технологий при работе с разнотипными данными.

Под формированием инфраструктуры пространственных данных подразумевается разработка механизма их обмена и накопления (доступность, стоимость, система стандартов на данные и обмен ими, мета данные), а также определение единой - базовой - пространственной ин­формации, к которой, в первую очередь, следует отнести геодезическую основу, рельеф, гидрографию, транспортную сеть, административные границы.

Преимущество геоинформационных методов заключается в возмож­ности оценить пригодность данных для совместного использования и осуществить их интеграцию на основе выполнения пространственного анализа с помощью ГИС-технологий. Однако основное правило при ин­теграции информации таково: качество данных должно быть определено скорее во время получения данных, чем при попытке применить эти данные. Тогда указанные технологии могут существенно облегчить их корректировку для поставленной задачи.

Основные проблемы, возникающие при совместном использовании разнотипных данных: отображение положения границ в разных цифровых источниках, временные параметры данных и способ отражения структуры геосистем.

Хорошим технологическим приемом интеграции разнотипных данных произвольных источников может стать создание специализированных экспертных систем. Их задача - выполнение оценок качества и пригодности таких данных, опирающееся на три базовых составляющих системы: метаданные, логические процедуры, учитывающие характер проявления основных источников возможных ошибок в цифровых пространственных данных, ГИС-технологии, реализующие традиционные и современные приемы совмещения информации для создания БД.

2.8.ТЕХНИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГИС

2.8.1.Требования к техническому и программному обеспечению ГИС

Стратегию создания любой ГИС определяют функции, которые она будет выполнять. Кроме традиционных - сбор, хранение, обработка и передача информации, ГИС должны обладать функциями, способствующими сочетанию сложившихся ранее и новых геоинформационных методов решения географических задач.

Процесс применения ГИС-технологий для пользователя ГИС включает:

поиск, сбор, оценку и осмысление особенностей пространственных данных, представляемых в цифровой форме;

определение состава и тематического содержания пространственной информации, необходимой для решения поставленной задачи, в сочетании с вопросами определения системы координат, в которой создается основа базы данных, структуры и модели данных, методов и средств цифрования и хранения данных, оценки их точности и достоверности;

анализ пространственных данных, включающий: анализ взаимосвязей процессов и явлений в природе средствами преобразования и совмещения в пространстве информации разного типа (оверлея), генерализацию картографических, аэрокосмических и статистическихданных, интерактивное дешифрирование снимков;

моделирование: выбор соответствующей математической модели и необходимых параметров для нее - построение географической (картографической, математико-картографической) модели;

представление пространственных данных (электронные и ком­пьютерные карты и атласы, преобразованные снимки, таблицы, анима­ционные модели и т.п.);

с технической точки зрения выполнение в режиме "меню" следующих функций:

создание базы данных;

добавление записей в базу данных;

корректировка и манипулирование данными в рамках географической модели;

создание выходной продукции на основе выполненного анализа данных и средств компьютерной графики

2.8.2.Подсистемы реализации ГИС-технологий в ГИС

Подсистема ввода и коррекции информации предназначена для обеспечения исходной информацией решаемой прикладной задачи, т.е. для адаптации к ней интегрированных в БД ГИС пространственных данных, тем или иным способом представленных в цифровой форме. Ввод в базу данных исходной информации (карты, снимки, атрибуты) - это наиболее узкое место создания ГИС, ограничивающее применение ГИС-технологий: он требует больших затрат труда, утомителен, чреват ошибками, возникает необходимость предварительной подготовки исходных документов (карт) с тем, чтобы их качество соответствовало строгим требованиям автоматизированного ввода. Его стоимость часто составляет более 80% всех затрат на создание конечного продукта. Многочисленные примеры показывают, что создание базы данных становится финалом проекта, который так и не доходит до стадии анализа собранного материала. Одним из выходов может стать совместное пользование цифровыми данными, поскольку все больше пространственных данных переводится в цифровую форму. Процедуры наполнения БД информацией опираются на использование заранее выбранных ГИС-технологий. В их функции входит также конвертирова­ние данных из разных обменных форматов, или преобразования типа растр-вектор или наоборот.

Подсистема хранения пространственной информации - это база данных ГИС - упорядоченное множество введенной и организованной по определенным правилам цифровой информации, управляемое специальной программой (СУБД), связанной с выбранной моделью БД. БД должна отвечать целям исследования, она независима от прикладных программ и доступна множеству пользователей по их запросам: кроме своего прямого назначения (хранения) она обеспечивает доступ к данным, представленным в цифровой форме, и «быстрота» этого доступа - важнейшая характеристика этой подсистемы ГИС.

Подсистема обработки и анализа данных представляет собой программный комплекс, предназначенный для решения прикладных задач. Он обеспечивает возможность: преобразования и взаимных переходов форматов данных в процессе решения задачи; совмещения различных типов информации для изучения взаимосвязей и зависи­мостей; тематического анализа данных (например, дешифрирование снимков, составление производных карт); выполнение таких основных операций с географическими данными как определение расстояний и площадей, статистических характеристик, интерполяция, построение цифровых моделей рельефа (ЦМР) и трехмерных (3D) изображений, профилей. Набор операций определяется математическим и программ­ным обеспечением ГИС.

Особое место в подсистеме обработки и анализа данных отводится моделированию, на котором базируются по существу все научные исследования. Моделирование обеспечивает возможность в более простом и доступном для изучения виде представлять структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между объектами и явлениями природных процессов, их динамику и функционирование. Процесс моделирования в ГИС может выполняться либо с использованием математических моделей, в которых параметрами являются количественные характеристики природных процессов или явлений, либо путем экспертной обработки (качественной и количественной оценки) данных. В географии для моделирования чаще всего используются методы статистики, классификации, а также построение математико-карто-графических моделей. Использование разновременных многозональных снимков и карт дает возможность анализировать многомерные модели реальности, естественным образом определяемые многомерностью спектрального пространства, задаваемой числом зон снимков, и временем. Привлекательны и полезны имитационные модели, реализуемые в ГИС с применением средств мультимедиа.

Задача пользователя ГИС заключается прежде всего в правильном выборе метода-модели, адекватной решаемой задаче.

Подсистема вывода в ГИС предназначена как для стандартного отображения результатов решения задач в виде текстов и таблиц, так и для графической визуализации результатов (карт, преобразованных снимков) в виде безбумажных (дисплейных) изображений и в печатном виде.

ГИС должна обладать хорошей пользовательской подсистемой. Это система удобных меню, удобный доступ к базе данных и файлам, удобные средства отображения данных на экране и печатающем устройстве, доступные средства машинной графики. Такой "пользовательский интерфейс" напрямую связан с математическим и программным обеспечением.

Управление проблемно-ориентированной ГИС возлагается на экс­пертную подсистему, которая в простейшем случае может быть реализована на основе предоставления пользователю возможностей развитого интерфейса со всеми компонентами ГИС.

2.9.Применение ГИС в различных областях

Компьютер стал обычным рабочим инструментом. Природоведы и экологи, проектировщики и экономисты, коммерсанты и ученые все чаще стали обращаться к электронным картам как к основе решения производственных задач, проведения исследований и принятия решений. Цифровые модели карт (для краткости - цифровые карты) прочно вошли в повседневную работу не только потому, что это современно, но и потому, что в таком виде они более гибки и удобны для использования. Стремительно развились программные средства, рассчитанные на «рядового» пользователя, а не на программиста и картографа. Наборы цифровых топографических карт появились в качестве самостоятельного коммерческого продукта, а также пользуются популярностью на многочисленных несанкционированных рынках, служащих «зеркалом» спроса на товары. Пользователи все чаще обращаются с вопросом о том, у кого лучше приобретать цифровые карты, сколько они стоят и какого они качества.

Поскольку Дата+ выполнила несколько совместных проектов по подготовке цифровых топографических карт разного масштаба для ряда российских потребителей, то стоит поделиться некоторыми соображениями. Речь пойдет только о топографических картах, которые являются базовыми для многих областей использования.

Прежде всего, необходимо предупредить, что оцифровка топографических карт наиболее «ходовых» открытых масштабов: 100000, 1:200000, 1:1500000, 1:1000000, 1:2500000 - сфера деятельности, которая подлежит лицензирова­нию со стороны Роскартографии. Для получения лицензии любая организация должна предоставить достаточно подробные сведения о технике, программном обеспечении, технологиях и специалистах, доказывающие профессиональную подготовку и наличие необходимых средств для такого вида работ. Организаций, имеющих такую лицензию, не так много. Так что получить лицензированные топографические карты на территорию нашей страны можно лишь у подразделений Роскартографии и Военно-топографического управления. Некоторые Учреждения имеют лицензию на подготовку таких карт исключительно для своей сферы деятельности, и предлагаемые ими карты для другой отрасли использования не вполне легитимны. Это юридическая сторона дела.

На сегодняшний день на рынке цифровых карт предлагается достаточно широкий набор продуктов в разных масштабах и форматах. Практически на территорию страны подготовлены, в том или ином виде, цифровые топографические карты всех открытых масштабов: от среднего (1:200000 - 1:1000000) до обзорного ( 1:25000000 -1:8000000 и мельче). Чем крупнее мас­штаб, тем выше трудоемкость их создания и больше объем работ.

Так, территория России покрывается 214 ли­стами масштаба  1:1000 000 и примерно 5000 одинарными листами масштаба 1:200000.

Один лист карты 1:200000 в формате Arcinfo занимает около 2 Мб. Нетрудно подсчитать, что цифровая карта всей Росси, подготовленная с данного масштаба, потянет уже на объем хорошего жесткого диска. О том, как работать с таким объемом информации, речь пойдет ниже.

Карты России масштаба 1:1000000 существуют в нескольких вариантах. До сих пор многие российские потребители используют DCW(Digital chart of the world)- уникальный в своем роде цифровой картографический продукт. DCW- созданная в США «Цифровая карта Мира» мил­лионного масштаба, пока не имеет аналогов по охвату территории суши цифровой основой такой подробности. Однако создавалась она по американским навигационным данным, так что имеет расхождения не только с нашими картами, но и с российской действительностью. Эта карта сыграла положительную роль в развертывании работ с цифровыми картами в нашей стране и до сих пор служит хорошим материалом для исследовательской деятельности и обучения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9