Что можно получить с помощью компьютерных ГИС-программ

Обновлено: 20.11.2024

ГИС-системы могут применяться различными способами, чтобы помочь вашему транспортному агентству.

Фон

Агентства по планированию перевозок, такие как департаменты транспорта штатов (DOT) и городские плановые организации (MPO), все чаще полагаются на компьютерные инструменты для управления данными и их анализа, а также для представления результатов исследований лицам, принимающим решения, и заинтересованным сторонам. Географические информационные системы (ГИС) представляют собой класс компьютерных инструментов управления данными, которые становятся все более полезными для транспортных агентств в различных приложениях. Среди DOT штатов наиболее распространенными приложениями ГИС являются управление дорожной инвентаризацией, экологические исследования и распространение информации о планировании и эксплуатации среди широкой общественности.

В этом обзорном разделе представлено общее введение в ГИС, включая обсуждение того, почему ГИС важна для транспортных экологических приложений, краткий исторический обзор внедрения ГИС на транспорте, а также соответствующие федеральные законы и постановления. Дополнительную информацию о ГИС на транспорте можно найти на веб-сайте FHWA «ГИС на транспорте».

Что такое ГИС?

В своей простейшей форме Географическая информационная система (ГИС) представляет собой компьютерную систему управления данными для хранения, редактирования, обработки, анализа и отображения информации с географической привязкой. Однако для эффективного использования ГИС также требуются данные хорошего качества, квалифицированный персонал и институциональные механизмы для сбора, обмена и распространения данных.

Географически привязанные или геопространственные данные описывают все, что может быть расположено в физическом пространстве, чаще всего относительно земной поверхности, и поэтому может отображаться на карте. Существует множество методов, используемых для указания географического местоположения, включая географические системы координат, такие как широта и долгота; системы линейной привязки, такие как верстовые столбы; адреса улиц; и прокси местоположения, такие как штат, округ, почтовый индекс или участок переписи.

ПО ГИС позволяет пользователю загружать и отображать различные геопространственные объекты (например, дороги, мосты, границы округов) вместе на одном отображении карты. Каждый объект обычно отображается как отдельный слой на карте. Просматривая различные объекты вместе на одной карте, пользователь может ответить на вопросы о пространственных отношениях между объектами, таких как близость (например, насколько близко расположена предлагаемая трасса дороги к заболоченной территории); соседство (например, какие земельные участки примыкают к дороге); сдерживание (например, сколько людей живет в радиусе полумили от транзитной станции); и подключения (например, могу ли я добраться до пункта назначения по определенному маршруту)?

Программное обеспечение ГИС также включает в себя различные инструменты навигации, которые позволяют пользователю изменять масштаб отображения карты, чтобы просмотреть большую географическую область (уменьшение масштаба) или меньшую область более подробно (увеличение), или переместить область просмотра в другое географическое положение (панорамирование).

Геопространственные данные обычно содержат другую информацию помимо географического положения. База данных дорожных характеристик, например, может содержать обычное название дороги (например, Main Street), номер маршрута (например, US Route 1) и различные характеристики самой дороги (например, количество полос движения, средний дневной трафик). состояние дорожного покрытия и др.). Программное обеспечение ГИС позволяет пользователю указывать на конкретный объект или группу объектов и отображать атрибутивную информацию, связанную с объектом. Программное обеспечение ГИС также позволяет пользователю выбирать подгруппы объекта на основе значений атрибутов (например, найти все аэропорты с более чем 100 000 полетов в год) или на основе географических отношений (найти все аэропорты в пределах 100 миль от Атланты, штат Джорджия).

Помимо основных возможностей отображения карты, навигации, запроса и выбора, программное обеспечение ГИС может включать другие функции, такие как:

    • Геопространственное редактирование — перемещение местоположения объекта, изменение формы или выравнивания линейного или площадного объекта; добавлять или удалять функции.
    • Сбор и преобразование данных — импорт геопространственных данных, хранящихся в различных форматах, картографических проекциях или датумах; перепроецировать данные, хранящиеся в разных форматах, в общую картографическую проекцию для отображения и анализа.
    • Картографические (картографические) инструменты — изменение цвета, стиля или символов, связанных с отображением геопространственных объектов (например, отображение всех железных дорог в виде заштрихованных линий); добавлять метки и аннотации; добавить легенды, стрелки севера и шкалы расстояний; распечатать копию отображения карты.
    • Геопространственный анализ — расчет расстояний и площадей; создать буферы вокруг объектов (например, создать буфер в полмили вокруг определенной дороги); рассчитать наложение полигонов (т. е. площадь, общую для двух геопространственных пространственных объектов).

    Почему ГИС важна для транспортных экологических приложений?

    Транспорт по своей сути представляет собой геопространственную деятельность, связанную с перемещением людей и/или вещей из одного географического местоположения в другое. Поэтому неудивительно, что многие данные, необходимые для поддержки планирования перевозок, операций и политических решений, включают местоположение в качестве ключевого атрибута.

    Применения для защиты окружающей среды на транспорте особенно касаются воздействия транспортной инфраструктуры и эксплуатации как на природную среду, так и на среду обитания человека. Поскольку многие воздействия, связанные с транспортом, обычно уменьшаются с расстоянием (например, дорожный шум наиболее силен в непосредственной близости от дороги), относительное местоположение является ключевым фактором в оценке присутствия и серьезности воздействия, которое транспортное средство оказывает на окружающую среду.< /p>

    ГИС может значительно расширить возможности анализа транспортных приложений в следующих областях:

      • Визуализация. Визуализация геопространственных данных на экране, похожем на карту, является наиболее распространенным и очевидным применением ГИС. Представляя большие объемы данных вместе на одной карте, ГИС упрощает для тех, кто просматривает карту, распознавание закономерностей, тенденций и/или аномалий в данных (например, нахождение участков дорог с большими скоплениями аварий со смертельным исходом или увеличивающейся плотностью дорожно-транспортных происшествий). дорожной сети в городах). Человеческий глаз и разум могут распознавать эти визуальные образы без необходимости понимать данные, которые их создали, что также делает ГИС эффективным инструментом для представления геопространственной информации нетехнической аудитории.
      • Анализ данных. Инструменты пространственного анализа, представленные во многих пакетах программного обеспечения ГИС, позволяют пользователям измерять расстояния между геопространственными объектами; для выбора и обобщения атрибутивных данных на основе пространственных отношений (например, какой процент городского населения находится в пределах полумили от остановки общественного транспорта); или для вычисления статистики, такой как пространственная автокорреляция, которая измеряет, как сходство в значениях атрибутов может быть объяснено близостью местоположения.
      • Интеграция данных. ГИС — очень мощный инструмент для объединения данных из различных геопространственных объектов (например, для создания базы данных «экологически уязвимых районов» из отдельных геопространственных объектов исторических и культурных объектов, мест обитания находящихся под угрозой исчезновения диких животных, водно-болотных угодий и парков). . Его также можно использовать для переноса атрибутивных данных из одного географического представления геопространственного объекта в более точное представление с помощью процесса, известного как объединение.
      • Платформа для данных, собранных с использованием технологий дистанционного зондирования. ГИС предоставляет платформу для просмотра, анализа и интеграции данных, собранных с помощью технологий дистанционного зондирования. К технологиям дистанционного зондирования относятся бортовые и спутниковые:
        • ортоизображение — для создания изображений видимых объектов на земле без искажений.
        • мультиспектральные изображения — для обнаружения условий за пределами обычного диапазона видимости, таких как здоровье растительности, тепловые сигнатуры, подводные особенности или влажность почвы.
        • LIDAR (Light Detection and Ranging) — для точного измерения высоты над уровнем моря и высоты объектов (строений и растительности) на земле.
        • GPS-отслеживание — использование глобальной системы позиционирования (GPS) для автоматического определения положения транспортного средства, человека или животного во время их движения в течение длительного периода времени. GPS использовался для определения степени обитания различных видов диких животных, таких как волки, северные олени и медведи.

        Удаленные изображения можно использовать для обновления и улучшения других геопространственных баз данных, таких как слои дорог, или для создания новых объектов (например, потенциальных водно-болотных угодий или мест обитания диких животных). Кроме того, дистанционное зондирование может применяться на обширной географической территории с существенно меньшими затратами и временем, чем наземные полевые исследования. Таким образом, это очень эффективное средство проверки потенциального воздействия на окружающую среду в исследованиях по планированию транспортных коридоров и на ранних стадиях анализа альтернатив проекта.

        Краткая история ГИС на транспорте

        Разработка ГИС и ее внедрение в транспортные приложения точно отражают эволюцию самих компьютерных технологий. История компьютерных ГИС восходит к 1960-м годам, когда некоторые из самых ранних работ проводились в лаборатории компьютерной графики и пространственного анализа Гарвардской высшей школы дизайна. Эти ранние ГИС-приложения были ориентированы на территориальный анализ, накладывая несколько слоев атрибутов, связанных с областями (например, плотность населения, землепользование и т. д.), для создания составных тематических карт. Компьютерные технологии того периода были медленными и дорогими по сегодняшним стандартам, а также были ограничены в объеме данных, которые они могли хранить и обрабатывать.Следовательно, ранние структуры данных ГИС были разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму ненужную информацию, чтобы максимизировать эффективность обработки; были включены только те атрибуты, которые необходимы для конкретного приложения. Кроме того, поскольку каждое приложение было уникальным, а геопространственные данные, как правило, разрабатывались с нуля, совместное использование данных не имело большого значения.

        На протяжении 1970-х годов ГИС-технологии в основном использовались только исследовательскими институтами и крупными государственными учреждениями, имевшими доступ к большим мейнфреймам. Начиная с начала 1980-х годов следующее поколение компьютерных технологий — миникомпьютеры и рабочие станции — упаковали большую часть вычислительной мощности мейнфрейма в меньшую и более доступную аппаратную платформу. В то же время некоторые из первых исследователей ГИС разработали коммерческие версии своего программного обеспечения ГИС и разработали их для работы на определенных мини-компьютерах и рабочих станциях. Такое сочетание технологии миникомпьютеров и коммерциализации программного обеспечения ГИС позволило гораздо большему количеству организаций начать экспериментировать с ГИС, наряду с другими приложениями, интенсивно использующими компьютер, такими как автоматизированное черчение и проектирование (CADD) и системы управления базами данных (СУБД).

        Государственные DOT начали разрабатывать и поддерживать компьютеризированные базы данных о характеристиках автомагистралей и мостов, интенсивности движения и т. д. в 1970-х годах. Информация, содержащаяся в этих базах данных, обычно была связана с местоположением на физическом объекте с использованием методов линейной привязки. DOT штата также отвечали за подготовку карт функциональной классификации автомагистралей штата и округа, как того требуют правила FHWA (23 CFR 470.105). В 1970-х и 1980-х годах большинство карт автомагистралей готовилось с использованием ручных методов или компьютерных картографических программ, которые работали больше как системы САПР, чем ГИС. Доступ к коммерческому программному обеспечению ГИС позволил DOT некоторых штатов (например, Нью-Йорк, Висконсин) начать применять технологию ГИС для управления базами данных дорожной инвентаризации и создания тематических карт для планирования в масштабах штата. Информацию о некоторых наиболее распространенных коммерческих ГИС-программах можно найти на странице ГИС-программ на веб-сайте FHWA GIS in Transportation.

        В 1987 году AASHTO провела первый симпозиум по ГИС для транспорта (GIS-T). Его цель состояла в том, чтобы собрать вместе профессионалов в области транспорта для выявления и обсуждения потенциальных приложений и нерешенных проблем в использовании технологии ГИС в транспорте. Второй симпозиум был созван в 1989 году, и с тех пор это мероприятие проводится ежегодно. С момента своего основания эта конференция помогла измерить уровень внедрения ГИС в государственных департаментах транспорта и стала демонстрацией инновационных приложений, технологий и исследований.

        Возможно, наиболее значительным катализатором внедрения ГИС-технологий транспортным сообществом стало создание и широкое распространение базы данных Топологически интегрированного географического кодирования и ссылок (TIGER) в связи с переписью 1990 года, проводившейся раз в десять лет. TIGER была первой общенациональной базой данных комбинированных геопространственных объектов, включая дороги, железные дороги, реки и другие водоемы, а также политические границы. Кроме того, Бюро переписи взяло на себя активную роль в продвижении TIGER среди потенциальных групп пользователей, включая специалистов по планированию, демографов и группы бизнес-маркетинга. Файлы TIGER/Line были выпущены с использованием стандартизированных, хорошо задокументированных форматов, на носителях CD-ROM и по очень низкой цене. Бюро переписи также сотрудничало с поставщиками программного обеспечения ГИС для разработки программ для перевода файлов TIGER/Line в собственные форматы поставщиков.

        Предоставив общенациональную базу данных ключевых геопространственных объектов, TIGER значительно сократил трудоемкую и дорогостоящую задачу создания геопространственных баз данных с нуля. Это значительно упростило для небольших транспортных агентств, таких как MPO, начать использовать ГИС для отображения и анализа недавно собранных демографических данных переписи для ввода в модели транспортного планирования, а также для многих других DOT штатов для изучения использования ГИС для приложений планирования.

        Еще одним ключевым фактором стало «достижение совершеннолетия» микрокомпьютеров с повышенной вычислительной мощностью и де-факто стандартной операционной системой (например, Windows), что позволило разработчикам программного обеспечения создавать прикладные программы, которые будут работать на разных аппаратных платформах. Хотя большинство крупных разработчиков программного обеспечения ГИС изначально опасались переноса своего коммерческого программного обеспечения ГИС с рабочих станций на микрокомпьютеры, к началу 2000-х годов почти все коммерческие разработчики ГИС создали полнофункциональную версию своего программного обеспечения ГИС для микрокомпьютеров.

        Доступ к функциям ГИС с помощью микрокомпьютера значительно способствовал внедрению технологии ГИС как внутри, так и между транспортными агентствами.Меньшие государственные DOT и MPO больше не должны были покупать специальные рабочие станции ГИС и, следовательно, могли сделать ГИС доступной для большего числа сотрудников агентства, работающих в различных областях приложений, вместо того, чтобы ограничивать доступ к нескольким специалистам по ГИС. Согласно информации, собранной на симпозиуме AASHTO по ГИС, количество государственных DOT, которые создали официально признанное подразделение ГИС в своей организационной структуре, увеличилось с менее чем 20 процентов в 1990 году до 100 процентов к 2007 году. Значительный рост использования ГИС также произошел в МПО. , и в меньшей степени в отделах планирования транспортных агентств, хотя это увеличение менее документально подтверждено.

        Министерство транспорта США (USDOT) также сыграло важную роль в продвижении использования ГИС в транспортных приложениях. В начале 1990-х годов FHWA использовала ГИС для разработки Национальной сети планирования автомобильных дорог (NHPN), сетевой базы данных основных систем автомобильных дорог страны, которая используется для отображения и хранения информации о Национальной системе автомобильных дорог (NHS) и Стратегической сети автомобильных дорог. (СТРАХНЕТ). Примерно в то же время устаревшие базы данных FHWA, такие как Система мониторинга производительности шоссе (HPMS) и Национальный реестр мостов (NBI), были изменены, чтобы их можно было связать с NHPN. Эти усовершенствования позволили наносить на карту то, что раньше представляло собой сводные таблицы, предоставляя более информативную картину географического распределения национальных транспортных средств и повышая качество данных.

        В 1995 году в Бюро транспортной статистики (BTS) Министерства транспорта США было создано Управление географических информационных служб. Основные цели этого офиса заключались в содействии использованию технологии ГИС в транспортном сообществе, поощрении и содействии партнерским отношениям по обмену данными для транспортных геопространственных данных, а также в качестве координационного центра для распространения национальной транспортной геопространственной информации. Этот офис создал и продолжает распространять базу данных Национального транспортного атласа (NTAD), ежегодно обновляемую компиляцию геопространственных баз данных национального уровня о транспортных сетях, объектах и ​​связанных с ними областях. Он также функционирует как федеральное ведущее агентство по координации стандартов транспортных данных в рамках Федерального комитета по географическим данным (FGDC). FGDC – это межведомственный комитет, который способствует скоординированной разработке, использованию, совместному использованию и распространению геопространственных данных через Национальную инфраструктуру пространственных данных (NSDI).

        По мере того, как DOT штатов все чаще внедряли ГИС-технологии, особенно за последнее десятилетие, деятельность ГИС, как правило, распределяется между основными основными функциями и приложениями. Двумя важными компонентами основной программы ГИС Министерства транспорта штата являются (1) геопространственная база данных дорожной сети штата и (2) одна или несколько систем линейной привязки для связи старых баз данных агентства с дорожной сетью.

        Большинство DOT штатов приложили значительные усилия для разработки, поддержки и обновления этих двух компонентов. Приблизительно одна треть DOT штата также приступила к разработке корпоративного хранилища данных для консолидации всех геопространственных данных агентства с использованием ГИС в качестве интегрирующей платформы. Кроме того, около двух третей DOT штатов активно участвуют в разработке веб-приложений ГИС для облегчения доступа к данным и планам агентства как внутри агентства, так и вне его для широкой общественности.

        Геоинформационная система (ГИС) – это система, которая создает, управляет, анализирует и отображает все типы данных. ГИС связывает данные с картой, интегрируя данные о местоположении (где что-то находится) со всеми типами описательной информации (какие там вещи). Это обеспечивает основу для картирования и анализа, которые используются в науке и почти во всех отраслях промышленности. ГИС помогает пользователям понять закономерности, отношения и географический контекст. Преимущества включают улучшенную коммуникацию и эффективность, а также более эффективное управление и принятие решений.

        Как используется ГИС?

        Сотни тысяч организаций практически во всех областях используют ГИС для создания карт, которые позволяют обмениваться информацией, проводить анализ, обмениваться информацией и решать сложные проблемы по всему миру. Это меняет то, как устроен мир.

        Выявление проблем

        Используйте ГИС для освещения проблем, связанных с географическим положением. На этой карте заявлений о назначении опиоидов показаны географические закономерности, возникающие при правильном сопоставлении данных.

        Отслеживание изменений

        Если изображение говорит о тысяче слов, карта говорит о тысяче изображений.На этой карте наглядно показаны масштабы отступления ледников в Южном полушарии.

        Управлять событиями и реагировать на них

        ГИС обеспечивает ситуационную осведомленность в режиме реального времени. На этой карте ураганов и циклонов показано потенциальное воздействие на людей и предприятия, а также возможные пути штормов и штормовых нагонов.

        Прогнозирование

        Используйте ГИС для прогнозирования трафика. На этой карте показаны проблемы на перекрестке в Форт-Митчелле, штат Кентукки, где, согласно прогнозам, движение транспорта ухудшится из-за изменений в землепользовании.

        Установить приоритеты

        ГИС помогает устанавливать приоритеты на основе пространственного анализа. Анализируя модели преступности, сотрудники органов общественной безопасности могут определить целевые районы и назначить сотрудников в этих районах.

        Понимание тенденций

        ГИС помогает получить представление о данных, которые могут отсутствовать в электронной таблице. На этой карте измеряется рост или сокращение рабочих мест в различных отраслях, а также определяется местное конкурентное преимущество.

        Как работает ГИС?

        Технология ГИС применяет географические науки с помощью инструментов для понимания и совместной работы. Это помогает людям достичь общей цели: получить полезную информацию из всех типов данных.

        Карты — это географический контейнер для слоев данных и аналитики, с которыми вы хотите работать. Картами ГИС легко делиться, встраивать их в приложения, и они доступны практически всем и везде.

        ГИС объединяет множество различных типов слоев данных, используя пространственное местоположение. Большинство данных имеет географическую составляющую. Данные ГИС включают изображения, объекты и базовые карты, связанные с электронными таблицами и таблицами.

        Анализ

        Пространственный анализ позволяет оценить пригодность и возможности, оценить и предсказать, интерпретировать и понять и многое другое, открывая новые перспективы для вашего понимания и принятия решений.

        С таким количеством программных решений для ГИС, доступных на рынке, как мы вообще можем начать выбирать, какое из них использовать? В этой главе мы дадим вам базовые знания, необходимые для самостоятельного ответа на эти вопросы.

        Итак, я думаю, первое, что вы хотите знать, это то, какой из них лучше? Ответ…

        Ответа нет.

        Лучше думать о программном обеспечении ГИС как о инструментах в наборе инструментов, вы не хотите использовать отвертку, чтобы забить гвоздь. Часто ГИС-решения включают «программный стек».

        Это означает, что мы используем несколько инструментов одновременно. Например, мы используем настольную ГИС-систему для создания и изменения наших ГИС-данных, а затем, когда данные готовы, мы загружаем их в веб-ГИС-систему, чтобы распространять карты внутри нашей организации.

        Выбор правильного инструмента ГИС на самом деле зависит от понимания проблем, которые вы хотите решить. Большинство программного обеспечения ГИС попадает в одну из четырех категорий, приведенных ниже

        Настольная ГИС

        Настольные ГИС-платформы — это швейцарские армейские ножи ГИС. Они используются для создания, редактирования, визуализации, управления и анализа географических данных.

        Интерфейс QGIS

        Настольные ГИС представляют собой сложные программы. Как и в случае с такими инструментами, как Photoshop или Microsoft Excel, большинство пользователей могут довольно быстро освоить основы, но на то, чтобы стать настоящим мастером, могут уйти годы.

        Лучший способ изучить настольную ГИС-систему — использовать подход "проблема-решение".Поэтому вместо того, чтобы пытаться изучить все, на что он способен, лучше всего начать с определения тех частей, которые применимы к проблемам, которые вы хотите решить.

        • Создание визуализаций, карт категорий, карт количества, тепловых карт и т. д.
        • Выполнение запросов и визуализация результатов
        • Объединение электронных таблиц с картографическими данными
        • Геокодирование адресов
        • Редактирование геометрии объектов
        • Редактирование данных атрибутов объектов

        Настольные ГИС способны на гораздо большее, но эти темы обычно являются хорошей отправной точкой.

        Позже в этой главе мы рассмотрим самые популярные настольные ГИС-системы, начиная от бесплатных решений с открытым исходным кодом и заканчивая дорогими платными продуктами.

        Веб-ГИС

        Как и все формы распространения информации, Интернет полностью изменил ГИС.

        До появления веб-систем ГИС, когда вам нужен был ответ на вопрос, связанный с местоположением, или чтобы просмотреть конкретную визуализацию, вы могли связаться с командой ГИС и попросить их подготовить для вас карту.

        После того как карта была готова, вы отправлялись в отдел ГИС, чтобы просмотреть карту на рабочей станции или получить распечатку.

        Последнее поколение сверхпростых в использовании веб-ГИС-систем изменило все. Веб-ГИС дает пользователям, не являющимся экспертами в области ГИС, возможность легко взаимодействовать с визуализациями карт и отвечать на свои вопросы, не прибегая к помощи группы ГИС.

        Интерфейс редактора карт Mango

        Более того, они могут ответить на эти вопросы откуда угодно и когда угодно, используя любое доступное в Интернете устройство.

        Раньше системы веб-ГИС были очень дорогими в разработке, развертывании и обслуживании. Для типичного развертывания потребуются программисты, серверы и системные администраторы.

        Но теперь благодаря облачным сервисам, таким как Mango, эти барьеры для входа устранены.

        Теперь веб-карты можно создавать с очень низкими затратами, используя интерфейс «укажи и щелкни» за считанные минуты, используя только веб-браузер!

        Следующая глава посвящена исключительно веб-ГИС. Мы более подробно рассмотрим преимущества веб-ГИС.

        Серверная ГИС

        Если у веб-ГИС самый низкий барьер для входа, то серверная ГИС определенно имеет самый высокий порог входа и, безусловно, самую крутую кривую обучения.

        Крутая кривая обучения серверной ГИС

        Поскольку вы новичок в ГИС, вам, скорее всего, не придется беспокоиться о серверных ГИС-решениях. Как правило, они используются только для крупномасштабных картографических работ и очень специфических нишевых задач.

        Наиболее распространенной серверной ГИС-системой является пространственная база данных.

        Пространственная база данных используется в качестве альтернативы ранее рассмотренным форматам файлов. Они обычно используются в случаях, когда набор данных очень велик, или в сценариях, когда нескольким людям необходимо одновременно получать доступ и редактировать данные, возможно, из разных мест.

        Специализированные ГИС

        Как и в случае с серверными ГИС-системами, специализированные и нишевые ГИС-системы не являются чем-то, чем вам нужно заниматься в начале.

        Эти продукты, как правило, выполняют очень специализированные задачи. На самом деле вариантов использования слишком много, чтобы перечислять их, поэтому я просто приведу пару интересных примеров, чтобы показать, насколько разнообразен этот сектор.

        Классификация изображений

        Классификация изображений — это специализированное ГИС-приложение, с помощью которого изображения Земли преобразуются в значимые картографические данные, например. типы или классы землепользования. Эти изображения или изображения записываются в цифровом виде и разделяются на различные спектральные диапазоны, включая видимый спектр (красный-зеленый-синий) и другие, такие как инфракрасный. На основе спектральной информации, хранящейся для каждого пикселя, мы можем выполнить анализ, известный как классификация, чтобы отнести пиксель к классу на основе его сходства с эталонными пикселями. Процесс преобразования изображений в информацию облегчает специалистам и лицам, принимающим решения, понимание закономерностей в мире природы, а также их изменений с течением времени.

        Лидар

        Данные лидара лучше всего понимать как "облако точек" внешнего мира, будь то тропический лес или транспортная развязка. Современные лидарные системы способны моделировать реальный мир с очень высокой плотностью точек — тысячами точек на квадратный метр.

        Как и следовало ожидать, осмысление этой информации — монументальная задача, требующая серьезной вычислительной мощности и сложных процедур.Лучшие из них могут быть обучены автоматически идентифицировать объекты на основе размера и формы, а также определять уровень земли с удалением всех надземных элементов.

        Теперь, когда мы кратко рассмотрели различные типы доступного программного обеспечения ГИС, следующие несколько глав сосредоточатся на типах программного обеспечения ГИС, которые вам, как новичку, скорее всего понадобятся. А именно; настольная ГИС и веб-ГИС.

        Позже в этой главе мы рассмотрим самые популярные настольные ГИС-платформы и их отличия, но прежде чем мы перейдем к веб-ГИС, мы рассмотрим их общие черты и функции. .

        Настольная ГИС: основы

        Если вы новичок, ваше решение о том, какое программное обеспечение для настольных ГИС использовать, скорее всего, не будет зависеть от его функциональности. Все настольные ГИС-системы имеют одинаковую базовую функциональность, которой обычно более чем достаточно для требований новых пользователей ГИС.

        Итак, давайте посмотрим, что представляют собой эти общие функции.

        Добавление слоев

        Большинство карт состоят из нескольких слоев, наложенных друг на друга. В легенде имя каждого слоя будет отображаться рядом с флажком, который можно использовать для скрытия и отображения слоя.

        Кроме того, легенда будет содержать графику, которая позволит нам узнать, что обозначают цвета, заливки и штрихи на карте.

        Иногда все эти слои используют разные наборы данных, но также возможно, что несколько слоев на карте используют один и тот же набор данных.

        Например, у вас может быть один количественный слой, показывающий продажи в этом году по округам, а другой — прошлогодние продажи.

        Оба слоя могут использовать один и тот же набор данных, поскольку он содержит столбцы атрибутов как для этого, так и для прошлого года.

        Такое расположение слоев интересно, поскольку позволяет проводить сравнения. Поместив данные о продажах за этот год выше данных за прошлый год в стеке, мы можем отключить уровень продаж за этот год, чтобы быстро сравнить и визуализировать любые изменения.

        Стиль стилей

        Настольные ГИС-системы обычно позволяют очень точно контролировать внешний вид слоя.

        Вы можете использовать разбивку по категориям и количествам, как мы уже говорили ранее, но вы также можете делать гораздо больше. Три вещи, которые вы можете визуально стилизовать, — это обводка, заливка и метки объекта.

        Инсульт

        Обводка используется для линий или контуров точек или многоугольников. Вы можете контролировать цвет, толщину, прозрачность и стиль линий. Вы также можете накладывать различные стили линий друг на друга, чтобы создать интересные составные стили.

        Стили обводки линии Стили обводки точки Стили обводки многоугольника

        Штрихи также можно изменять на основе данных атрибутов. Например, если бы у нас был слой под названием «Дороги», а в данных был столбец атрибутов с именем тип, который может быть шоссе, главной дорогой, второстепенной дорогой, жилой дорогой или дорожкой, мы могли бы указать ГИС отображать другой стиль на основе значения типа. .

        Заливка может использоваться как для многоугольника, так и для центра точки. Вы можете управлять цветом, стилем и прозрачностью заливки, и, как и в случае с обводкой, его можно изменить на основе значения атрибута в данных.

        Стили заливки особенно интересны, поскольку они часто позволяют передавать две части информации одновременно, накладывая слои друг на друга.

        Например, мы можем захотеть визуализировать данные о продажах по округам за предыдущий год и в то же время увидеть, на какие округа нацелен наш годовой план продаж.

        Выделение целевых областей годового плана продаж для создания нового уровня

        Для этого у нас может быть стандартный количественный слой для представления данных о продажах. Затем мы можем добавить второй слой, который отображает только целевые округа и дает им заштрихованную заливку.

        Объединение годовых данных о продажах с целевыми областями годового плана продаж

        Теперь без необходимости включать и выключать слои мы можем одновременно визуализировать данные о продажах и целевые округа.

        Ярлыки

        Линии, точки и многоугольники могут быть помечены в ГИС. Ярлык может состоять из одного или нескольких атрибутов помечаемого объекта.

        Ярлыки объектов

        Вы также можете изменить шрифт, размер, заливку и контур меток.Важным моментом при оформлении надписей является то, чтобы они выделялись на карте и были легко читаемы.

        Создание наборов выбора

        Набор объектов — это подмножество объектов в слое. Наборы элементов используются для визуализации определенной группы объектов или для выполнения массовых операций, таких как агрегирование, редактирование или удаление.

        Выбранные объекты будут выделены на карте.

        Создание набора объектов путем фильтрации значений в QGIS

        Набор объектов можно создать несколькими способами с помощью инструментов ГИС:

        Наведите на карту и нажмите

        Это самый простой способ. Просто укажите и щелкните объекты, которые вы хотите добавить к выбору.

        Таблица наведи и нажми

        Слои на вашей карте имеют так называемое табличное представление. В виде таблицы представлены те же данные, что и на карте, но в виде таблицы, похожей на электронную таблицу.

        Из табличного представления также обычно можно выбирать функции.

        Запрос атрибутов

        Иногда называется выражением. Вы можете выбирать объекты, создавая правила, например;

        • Выберите округа, в которых объем продаж превышает 1 000 000 долларов США.
        • Выберите дороги, где "введите "шоссе""

        В разных ГИС-системах для настольных ПК эти запросы создаются по-разному: в некоторых используется синтаксис, аналогичный формулам Excel, а в других используется графический конструктор запросов. В любом случае концепция одна и та же.

        Пространственные запросы

        Теперь все становится действительно интересным, так как это функциональность, которую вы определенно не можете реализовать в программе для работы с электронными таблицами.

        Пространственный запрос позволяет создавать правила, относящиеся к расположению объекта по отношению к другим.

        Пространственные запросы можно использовать для ответа на некоторые очень сложные вопросы, например:

        • У каких дистрибьюторов пересекаются территории продаж?
        • Какие дома находятся в пределах 500 м от зоны затопления 2010 года?

        Более того, эти пространственные запросы можно комбинировать с запросами атрибутов. Например:

        • Выберите округа, в которых нет дилерских центров И объем продаж превышает 1 000 000 долларов США.
        • Выберите все объекты недвижимости в пределах 10 км от магазина, И стоимость объекта превышает 500 000 долларов США.

        Эти комбинированные запросы чрезвычайно эффективны. Всего за несколько кликов мы можем получить представление о закономерностях и тенденциях, связанных с местоположением, на извлечение которых вручную из электронной таблицы могут уйти недели.

        Работа с наборами элементов

        Если у вас есть набор элементов, что вы можете с ним делать?

        • Извлечь выбранные объекты в новый набор данных
        • Удалить объекты из существующего набора данных
        • Создайте отчет, объединяющий атрибуты выбранных функций.
        • Массовое изменение атрибутов набора объектов
        • Создать распечатку выбранного набора
        • Экспортировать выбранные функции в электронную таблицу.

        Редактирование данных и управление ими

        ГИС — это не просто место для загрузки ваших данных, это также место для создания и хранения ваших данных.

        ГИС позволяет добавлять, редактировать и удалять объекты. Редактирование данных атрибута работает почти так же, как и электронная таблица. Вы можете редактировать атрибут объекта, щелкая объекты в представлении карты или выбирая объекты в виде таблицы.

        Функции редактирования

        Как и в случае с электронной таблицей, вы можете применять правила форматирования, редактировать ячейки напрямую или даже создавать целые новые столбцы и заполнять их значениями с помощью формул.

        В отличие от электронных таблиц, однако, ГИС можно использовать для редактирования и удаления геометрии. Точки могут менять свое положение, и вы можете изменять форму линий и многоугольников, щелкая и перетаскивая вершины.

        Редактирование объекта путем перетаскивания угловых узлов

        Еще одна распространенная задача — разделение и объединение объектов внутри слоя. Объединение объектов обычно представляет собой просто случай выбора смежных объектов и последующего нажатия кнопки объединения, в то время как разделение достигается путем рисования линии через существующий объект.

        Разделение объекта путем рисования линии Объединение объектов

        В ГИС есть множество других инструментов, которые могут объединять и разделять данные различными экзотическими способами, но они выходят за рамки этого введения.

        Создание новых функций

        Для создания объектов вручную нам обычно нужна точка отсчета, например изображение со спутника, которое позволяет нам разместить точку или проследить линию или многоугольник.

        Этот процесс называется оцифровкой, и в ГИС он достаточно прост.

        После добавления геометрии данные атрибутов обычно добавляются через экранную форму.

        Еще один способ добавления геометрии для нового объекта — использование пути, записанного в GPS и загруженного на ваш компьютер (обычно в формате GPX).

        Популярное ПО для настольных ГИС

        Двумя наиболее часто используемыми настольными ГИС-программами на сегодняшний день являются ArcGIS и QGIS.Оба предлагают схожие функции, но есть некоторые существенные различия в плане их распространения и окружающих их экосистем.

        ArcGIS for Desktop

        ArcGIS for Desktop производится компанией Esri, которая с самого начала была лидером на рынке программного обеспечения ГИС, а ArcGIS for Desktop — их флагманский продукт — является наиболее известным и широко используемым из всех ГИС-систем.

        ArcGIS Desktop обычно приобретается у местного дистрибьютора. Стоимость зависит от региона, но на момент публикации самая базовая лицензия ArcGIS в США стоит 1500 долларов США.

        За дополнительные модули взимается дополнительная плата, равно как и за контракт на техническое обслуживание, который требуется, если вы хотите получать обновления программного обеспечения.

        Поддержка предоставляется либо местными дистрибьюторами Esri, либо самой Esri через Интернет через форумы поддержки.

        Существуют разные уровни поддержки, и время ответа зависит от того, на какой уровень вы подписаны.

        ArcGIS for Desktop доступен только для компьютеров с ОС Windows. Нет доступных версий для Mac на Linux.

        QGIS, ранее известная как Quantum GIS, представляет собой бесплатную настольную ГИС-систему с открытым исходным кодом, которая существует с 2002 года.

        QGIS чрезвычайно популярен, имеет очень большую базу пользователей и очень активное поддерживающее сообщество. Он также имеет открытый исходный код, что означает, что его можно скачать и установить бесплатно без ограничений.

        Открытый исходный код означает, что оно было разработано сообществом разработчиков, а не компанией, а лицензия на программное обеспечение гарантирует, что оно всегда будет бесплатным.

        Еще одно его преимущество перед ArcGIS for Desktop заключается в том, что он работает в системах Windows, Mac или Linux.

        Поддержку оказывает очень активное и поддерживающее сообщество. Кроме того, доступны платные пакеты поддержки от таких компаний, как Boundless.

        QGIS — это выбор по умолчанию для новых пользователей ГИС, особенно если учитывать разницу в цене.

        Мы в Mango являемся пользователями QGIS и настоятельно рекомендуем QGIS в качестве первого выбора для всех новых пользователей настольных ГИС.

        Позже мы посвятим QGIS целую главу, в которой покажем вам, как ее можно использовать для выполнения основных задач ГИС, рассмотренных ранее в этой главе.

        Интернет полностью изменил мир ГИС. Это больше не прерогатива экспертов и предприимчивости. Лучшая часть? Использование веб-ГИС для создания невероятно богатых данных веб-карт, которыми можно поделиться с кем угодно, где угодно и на любом устройстве, занимает всего несколько минут.

        Геопространственные технологии — это быстро развивающаяся область, закрепившаяся в десятках профессий, включая городское планирование, правоохранительные органы и национальную оборону. Ключом к пониманию этой области является понимание используемых картографических инструментов ГИС и, в основном, того, как они работают.

        Геоинформационные системы используют динамические настраиваемые карты для изучения, понимания и анализа всех видов данных о местоположении. Карты могут прояснить, как взаимодействуют люди, животные, инфраструктура, формы рельефа и погода.

        Создание этих карт требует некоторых навыков. И не мало техники: дистанционные датчики, GPS, дроны, мобильные телефоны и другие мобильные устройства, стационарные мониторы.

        Тогда у вас есть нематериальные качества, которые вы приобретаете в школе и на работе. Визуализация данных осмысленным образом. Видеть закономерности в цифрах. Понимание масштаба. Наложение одного типа информации поверх другого для создания полной картины.

        • Использование символов
        • Измерение расстояний
        • Создание фильтров для фильтрации данных различными способами.
        • Определение ограничивающей области с помощью буферов
        • Классификация с помощью растровых карт
        • Понимание топологии, геокодирования и моделирования
        • Сбор данных

        Редактирование данных и управление ими — ключевая часть картографирования ГИС. Создание набора объектов позволяет извлекать объекты для создания нового набора данных или агрегированных атрибутов. Возможность оцифровывать новые функции еще больше повышает качество данных.

        Любой, кто знакомится с географическими информационными системами, быстро познакомится с множеством инструментов, доступных для хранения, извлечения, управления, отображения и анализа всех типов географических и пространственных данных.

        ПО ГИС позволяет создавать карты и другие географические изображения для анализа и представления информации. Дисплеи обычно включают точки, линии, области или растровые изображения (из фотографий или отсканированных изображений).

        Начало работы с картографическими инструментами ГИС

        ГИС-карты позволяют компании или организации находить и отображать значимые пространственные закономерности в данных. Это большой набор инструментов, и инструменты часто используются одновременно. Итак, с чего начать?

        Вернуться к основам.

        Подумайте, какую проблему вы хотите решить.Это поможет вам определить, на чем сосредоточить свои усилия. Картографические инструменты ГИС часто делятся на четыре категории: настольные, веб-, серверные и специализированные.

        Некоторые инструменты, такие как Esri ArcGIS Pro, Esri Story Maps и QGIS, используются чаще всего.

          , производимый Esri, является флагманским продуктом и одним из наиболее широко используемых в картографировании ГИС, включая ArcGIS Online, который переносит картографирование с рабочего стола в веб-среду. — это бесплатный инструмент с открытым исходным кодом, что делает его очень доступным и популярным среди картографов. , еще одна бесплатная программа, предоставляет контекст и вспомогательную информацию, поэтому ее можно использовать как отдельный ресурс.

        Все эти три приложения можно использовать для:

        • Преобразование данных в карту
        • Выполнение запросов и визуализация результатов
        • Подключение электронной таблицы с картографическими данными
        • Геокодировать адреса
        • Редактировать данные атрибутов и геометрию

        В приложениях для настольных ПК вы можете добавлять на карты слои, оформленные в виде обводки, заливки или метки, для сравнения. Вы также можете создавать наборы объектов, которые позволяют вам манипулировать или выделять только одну часть карты, чтобы выделить детали.

        Читайте также: