ПОСОБИЕ_ГИСУЛ_2012

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургская государственная
лесотехническая академия имени С.М. Кирова»






ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
В УПРАВЛЕНИИ ЛЕСАМИ




Методические указания (Конспект лекций) для студентов специальности 250201 «Лесное хозяйство»


















Санкт-Петербург
2009
Рассмотрены и рекомендованы к изданию Научно-методическим советом Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии
им. С.М. Кирова
« » 2009 г.

Составители:
доктор географических наук, профессор
Алексеев А.С.
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Черниховский Д.М.


В методических указаниях рассмотрены принципы применения ГИС-технологий для управления лесами. Приводятся основные сведения по геоинформатике, принципы управления атрибутивными и картографическими данными, возможности пространственного анализа. Демонстрируются основные этапы создания геоинформационных баз данных лесного фонда, перспективы дальнейшего развития ГИС лесного фонда.
Предназначены для студентов отраслевых высших и средних профессиональных образовательных учреждений.


Отв. редактор





Рецензенты:









© Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С.М. Кирова (СПб ГЛТА)
© Алексеев А.С.,
Черниховский Д.М.

13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc316223983" 14Введение 13 PAGEREF _Toc316223983 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc316223984" 141. ГИС в управлении лесами 13 PAGEREF _Toc316223984 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc316223985" 141.1. Информационные технологии в управлении лесами РФ 13 PAGEREF _Toc316223985 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc316223986" 141.2. Основы геоинформатики 13 PAGEREF _Toc316223986 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc316223987" 141.3 Задачи ГИС. Функции ГИС. Классификация ГИС 13 PAGEREF _Toc316223987 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc316223988" 141.4. Лесные экосистемы, как объекты ГИС-проектирования 13 PAGEREF _Toc316223988 \h 14191515
13 LINK \l "_Toc316223989" 142. Программное обеспечение лесоустройства и лесного хозяйства РФ 13 PAGEREF _Toc316223989 \h 14241515
13 LINK \l "_Toc316223990" 142.1 Задачи программного обеспечения ГИС лесного комплекса 13 PAGEREF _Toc316223990 \h 14241515
13 LINK \l "_Toc316223991" 142.2 Программное обеспечение лесоустроительных предприятий РФ 13 PAGEREF _Toc316223991 \h 14261515
13 LINK \l "_Toc316223992" 142.3 Особенности информатизации лесного комплекса РФ 13 PAGEREF _Toc316223992 \h 14291515
13 LINK \l "_Toc316223993" 143. Управление данными в ГИС 13 PAGEREF _Toc316223993 \h 14331515
13 LINK \l "_Toc316223994" 143.1 Возможности управления данными в ГИС 13 PAGEREF _Toc316223994 \h 14331515
13 LINK \l "_Toc316223995" 143.2 Управление атрибутивными данными 13 PAGEREF _Toc316223995 \h 14341515
13 LINK \l "_Toc316223996" 143.2.1 Принципы хранения и управления данными в реляционных СУБД 13 PAGEREF _Toc316223996 \h 14461515
13 LINK \l "_Toc316223997" 143.2.2 Запросы к атрибутивным данным 13 PAGEREF _Toc316223997 \h 14521515
13 LINK \l "_Toc316223998" 143.3. Управление картографическими данными в ГИС 13 PAGEREF _Toc316223998 \h 14651515
13 LINK \l "_Toc316223999" 143.3.1. Особенности работы с картографическими данными в ГИС 13 PAGEREF _Toc316223999 \h 14651515
13 LINK \l "_Toc316224000" 143.3.2 Визуализация 13 PAGEREF _Toc316224000 \h 14681515
13 LINK \l "_Toc316224001" 143.3.3. Создание тематических карт 13 PAGEREF _Toc316224001 \h 14701515
13 LINK \l "_Toc316224002" 143.3.4. Вычисление картометрических характеристик в ГИС 13 PAGEREF _Toc316224002 \h 14791515
13 LINK \l "_Toc316224003" 143.4 Пространственный анализ в ГИС 13 PAGEREF _Toc316224003 \h 14811515
13 LINK \l "_Toc316224004" 143.4.1 Цели пространственного анализа 13 PAGEREF _Toc316224004 \h 14811515
13 LINK \l "_Toc316224005" 143.4.2 Пространственные запросы 13 PAGEREF _Toc316224005 \h 14831515
13 LINK \l "_Toc316224006" 144. ГИС-технологии в лесном хозяйстве и лесоустройстве РФ 13 PAGEREF _Toc316224006 \h 14931515
13 LINK \l "_Toc316224007" 144.1 Основные этапы создания ГИС лесного фонда 13 PAGEREF _Toc316224007 \h 14941515
13 LINK \l "_Toc316224008" 144.2 Цифровые картографические основы 13 PAGEREF _Toc316224008 \h 14951515
13 LINK \l "_Toc316224009" 144.3 Преобразование растровых изображений 13 PAGEREF _Toc316224009 \h 14981515
13 LINK \l "_Toc316224010" 144.4 Основные направления применения ГИС в лесной отрасли 13 PAGEREF _Toc316224010 \h 141051515
13 LINK \l "_Toc316224011" 144.4.1 Инвентаризация лесного фонда и расчеты использования лесных ресурсов 13 PAGEREF _Toc316224011 \h 141051515
13 LINK \l "_Toc316224012" 144.4.2 Проектирование использования лесов 13 PAGEREF _Toc316224012 \h 141061515
13 LINK \l "_Toc316224013" 144.4.3 Внесение изменений в базы данных 13 PAGEREF _Toc316224013 \h 141061515
13 LINK \l "_Toc316224014" 144.4.4 Обработка данных лесосечного фонда 13 PAGEREF _Toc316224014 \h 141071515
13 LINK \l "_Toc316224015" 144.3.5 Ведение лесного хозяйства 13 PAGEREF _Toc316224015 \h 141071515
13 LINK \l "_Toc316224016" 145. Интеграция ГИС лесоустройства с другими технологиями и пространственными данными 13 PAGEREF _Toc316224016 \h 141081515
13 LINK \l "_Toc316224017" 14ЛИТЕРАТУРА 13 PAGEREF _Toc316224017 \h 141131515
15

Введение
Изменение лесного законодательства в РФ, участие отечественного лесного сектора в международных отношениях – реализации древесины и недревесных ресурсов, проведение сертификации лесов по общепринятым стандартам, сохранении лесовтребует совершенствования технологий учета, контроля лесных ресурсов.
Результатом законодательных и методических решений в лесном хозяйстве и управлении лесами становится возросший объем информации о лесах, повышенные требования к качеству и точности, появление новых источников информации, программных и аппаратных средств. Сотрудники лесного хозяйства и лесоустройства должны представлять современные информационные технологии, применяемые в отрасли. На данный момент признанными средствами хранения, обработки и представления данных о лесах являются ГИС-технологии.
Перспективы использования ГИС-технологий для инвентаризации и управления лесами связаны с необходимостью совершенствования существующих ранее подходов и методов.
Специалисты отмечают недостаточный уровень информатизации лесного хозяйства, а также недостаточное использование возможностей применяемых информационных технологий (аналитических функций ГИС)
В ходе изучения дисциплины рассматриваются особенности лесных экосистем, как объектов управления; средства и инструменты ГИС-технологий для управления лесами. Также рассматриваются возможные направления совершенствования управления лесами с помощью геоинформационных систем и других технологий и средств обработки пространственных данных.
Дисциплина “ГИС в управлении лесами” является продолжением дисциплины “Информационные технологии в лесном хозяйстве” с углубленным изучением средств управления геоинформационными базами данных – запросов, выборок, операций пространственного анализа. В рамках изучаемой дисциплины студенты знакомятся со средствами обращения к специализированным базам данных лесоустройства и лесного хозяйства, а также со средствами обращения к атрибутивным базам данных и геоинформационным системам общего назначения.
Навыки, приобретенные во время обучения, позволят студентам решать типовые задачи инвентаризации, управления лесами на современном техническом уровне.

1. ГИС в управлении лесами

1.1. Информационные технологии в управлении лесами РФ
Управление лесами объединяет в систему действия по учету, наблюдению, регулированию природных ресурсов в конкретной местности с ее экологическими, экономическими особенностями. На сегодняшний день основная задача управления лесами – обеспечение устойчивого управления лесами, как возобновляемым природным ресурсом, с целью поддержания баланса использования и воспроизводства лесов, не допуская их деградации. Управление лесами должно учитывать интересы различных групп населения, отраслей промышленности, государственных органов управления.
Принципы устойчивого управления лесами (сохранение экологического и ресурсного потенциала лесов, удовлетворение потребностей общества в лесных ресурсах; рациональное, неистощительное и многоцелевое использование лесных ресурсов; сохранение биологического разнообразия и др.), заложенные в основу современного лесного хозяйства, подразумевают разработку новых подходов к организации лесопользования, учету, оценке лесных ресурсов. Для совершенствования процессов сбора, хранения и управления информации о лесах рекомендуется создавать автоматизированные системы управления, облегчающие поиск правильных решений, обеспечивающих гибкое и качественное управление предприятиями и их частями. Для обеспечения управления предполагается использование современных математических методов моделирования, оптимизации и принятия решений с применением современной вычислительной техники. Информационные технологии (в том числе ГИС-технологии) определены в качестве современных технических инструментов управления лесами [Концепции устойчивого управления лесами,1998 г, Концепции развития лесного хозяйства РФ на 2003-2010 г.г., Концепции информатизации лесного хозяйства РФ, 1995].
Применение автоматизированных систем и вычислительной техники для решения задач лесного хозяйства началось уже в 70-х гг. Автоматизированные системы 80-х и 90-х гг были направлены на автоматизацию научных исследований (моделирование роста древостоев, лесоводственных закономерностей, обработку и хранение данных пробных площадей для научных сотрудников); автоматизацию проектирования (обработка и представление лесоустроительной информации на разных уровнях управления для лесоустроителей); автоматизация ведения лесного хозяйства (материально-денежная оценка лесосек, управления производством и технологическими процессами для инженеров лесного хозяйства и лесничих). Техническими средствами реализации автоматизированных систем служили ЭВМ разного уровня, соединенные в локальные сети. Основными пользователями автоматизированных систем в лесном хозяйстве были отраслевые НИИ, министерства лесного хозяйства, управления лесами, проектные институты, комитеты по лесном у хозяйству в республиках, вузы и техникумы. Примерами автоматизированных систем могут служить АРМ (автоматизированное рабочее место таксатора) для ввода, контроля, корректировки и вывода лесоустроительной информации, автоматизированная система управления ”Лесные ресурсы” для учета, оценки лесных ресурсов, анализу их состояния, планирования лесохозяйственного и лесозаготовительного производства. Указанные средства предназначались для обработки непространственных (атрибутивных) данных.
Геоинформационные технологии для создания, представления и обработки пространственных данных о лесах стали впервые применяться в системе лесоустройства с конца 1980-х гг. Повсеместное создание геоинформационных баз данных лесного фонда в лесоустроительных предприятий началось в 2000-х гг.
Основными преимуществами применения ГИС в лесном комплексе считаются: снижение доли ручного труда и автоматизация отдельных видов камеральных лесоустроительных работ; стандартизация ряда операций по оформлению лесных карт; повышение точности картографических измерений; расширение возможностей наглядного представления результатов лесоустроительного проектирования; возможность постоянного обновления атрибутивных и картографических баз данных, переход значительной части документооборота на цифровые носители, оптимизация процессов хранения и обработки данных о лесном фонде, совершенствование методов управления лесами.
Использование информационных технологий в лесной отрасли РФ в настоящее время направлено на решение задач лесоустройства (лесотаксационная инвентаризация лесов, создание баз данных, лесоустроительное проектирование), управления лесным хозяйством (просмотр и дополнение готовых баз данных, обработка материалов лесосечного фонда, текущее планирование), мониторинга и охраны лесов (лесопатологический мониторинг, мониторинг лесохозяйственной деятельности, охрана лесов от пожаров, мониторинг незаконных рубок).
Технологии создания и использования геоинформационных данных для управления лесами продолжают развиваться. Также постоянно добавляются новые направления практического применения информационных технологий (ГИС, СУБД, GPS) и цифровых пространственных данных в лесном комплексе.
Реформирование лесного хозяйства требует новых подходов и методов обработки и представления информации о лесах, повышения точности, объемов и темпов обработки данных, возможности совмещения пространственных данных о лесах с данными других ведомств. Развитие ГИС и смежных технологий (средств обработки данных дистанционного зондирования, пространственного анализа, спутникового геопозиционирования, Интернет-технологий) способствует решению задач управления лесами на современном техническом уровне. Ожидается, что ГИС и другие информационные технологии в лесном комплексе будут использоваться для решения новых задач управления лесами – государственной инвентаризации, кадастровой оценки лесов.


1.2. Основы геоинформатики
Теоретические и прикладные аспекты применения ГИС изучает геоинформатика.
Геоинформатика - научно-техническое направление, объединяющее теорию цифрового моделирования предметной области с использованием пространственных данных, технологии создания и использования геоинформационных систем, производство геоинформационной продукции и оказание геоинформационных услуг.
Геоинформатика включает в себя науку, технологию, производство и образование. Геоинформатика изучает процессы сбора, хранения, обработки и отображения пространственных (географических) данных, а также проектирование, создание и эксплуатацию ГИС. Базовыми понятиями теории геоинформатики являются пространственный объект, пространственные данные, географические информационные системы, геоинформационные технологии.
Пространственный объект - цифровая модель материального или абстрактного объекта реального или виртуального мира с указанием его идентификатора, координатных и атрибутивных данных. Объект может быть неподвижным или движущимся, простым или сложным. В качестве объекта может рассматриваться явление, событие, процесс и ситуация. Моделируемый объект может относиться к территории, акватории, недрам и воздушному пространству Земли, околоземному космическому пространству, другим космическим телам и небесной сфере. В широком смысле под пространственным объектом в геоинформатике понимается как сам объект, так и адекватная ему цифровая модель.
Пространственные данные - данные о пространственных объектах и их наборах.
Географическая информационная система (ГИС) - информационная система, оперирующая пространственными данными.
Геоинформационная технология (ГИС-технология) - совокупность приемов, способов и методов применения программно-технических средств обработки и передачи информации, позволяющая реализовать функциональные возможности ГИС. Операции геоинформационных технологий поддерживаются программным, техническим, информационным, правовым, кадровым и организационным обеспечением.
Программное обеспечение геоинформационной системы - совокупность программ, в которых реализованы функциональные возможности геоинформационных систем и сопровождающей программной документации.
Техническое обеспечение геоинформационной системы - комплекс технических средств, используемых для реализации функциональных возможностей геоинформационных систем, включая устройства ввода, обработки, хранения и передачи данных.
Информационное обеспечение геоинформационной системы - совокупность знаний о предметной области информационных ресурсов, информационных услуг, классификаторов, правил цифрового описания, форматов данных и соответствующей документации, предоставляемых пользователю и (или) разработчику геоинформационных систем для решения задач ее создания, эксплуатации и использования.
К основным источникам пространственных данных в ГИС относят топографические и тематические карты, данные дистанционного зондирования Земли, данные систем спутникового позиционирования GPS и ГЛОНАСС; для крупномасштабных приложений используются геодезические данные, получаемые электронной аппаратурой и приборами для геодезических измерений, данные воздушного и наземного лазерного сканирования; дополнительно используются данные различных кадастров, данные органов государственной статистики и другие информационные ресурсы. В лесоустройстве при создании ГИС лесного фонда источниками пространственных данных служат материалы натурных работ – карточки таксации, отдешифрированные абрисы аэрофотоснимков (либо иные картографические источники – чертежи, выкопировки, космические снимки, фрагменты планшетов и пр.)
Правовое обеспечение геоинформационной системы - совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения на всех стадиях жизненного цикла геоинформационной системы.
Организационное обеспечение геоинформационной системы - совокупность стратегий, регламентированных мер, научно-технической документации, нормативных документов, организационно-правовых норм, материальных и финансовых ресурсов и квалифицированных кадров, поддерживающих функционирование геоинформационной системы на всех стадиях ее жизненного цикла.
Становление ГИС-технологий связано с развитием компьютерной техники, программного обеспечения, исследованиями в области использования информационных технологий для описания и управления географическими объектами и явлениями. Первые ГИС ориентировались на утилитарные задачи (инвентаризация земельных участков, совершенствование системы налогообложения, земельный кадастр, ввод первичных документов, обновление баз данных).
Отличия первых ГИС от классических систем управления базами данных (СУБД) включали:
введение в число атрибутов объектов признака пространства (географических координат, единиц административной принадлежности, положения в ячейках регулярной сети);
введение понятия пространственного объекта, описываемого позиционными и непозиционными атрибутами;
появление двух альтернативных вариантов представления пространственных данных (векторного и растрового);
постановку и решение задач манипулирования пространственными данными.
Возможности СУБД, считавшихся в 60-е гг. наиболее совершенными средствами хранения и управления данными различного типа, не позволяли выполнять полноценную обработку и хранение пространственных данных. Описание пространственных данных и пространственных отношений между объектами (с применением отношений “слева-справа”, “далеко-близко”, “на восток”, “пересекаются”, “отстоят друг от друга на определенное расстояние” и пр.) было практически невозможно выполнить средствами СУБД.
Как наука геоинформатика продолжает формироваться. До сих пор отдельные теоретические аспекты остаются незавершенными и фрагментарными. Методический аппарат и методология геоинформатики считаются разработанными. Геоинформатика продолжает развиваться в окружении смежных наук и технологий. При этом происходит взаимодополняющее развитие методов и технологий, программных и аппаратных средств, средств коммуникации между программами. В результате взаимодействия появляются новые направления – ГИС и Интернет, ГИС и системы управления инженерными сетями, ГИС и GPS.
Наиболее близкими к геоинформатике направлениями считаются картография и дистанционное зондирование. Также алгоритмы и методы геоинформатики связаны с вычислительной геометрией, компьютерной графикой, системами автоматизированного проектирования, системами управления базами данных, общей информатикой, автоматизированными технологиями съемок местности.
Представления о самих ГИС и процессе ГИС-проектирования продолжают меняться по мере их развития и совершенствования. Так определение ГИС в разные периоды подразумевало как процесс создания баз данных (сбор, обработку информации, моделирование, управление), так и разработку ГИС-приложений, или только специальную программу для обработки пространственных данных. Составляющими ГИС, как системы рассматривались и люди – специалисты по сбору информации, программированию, использованию баз данных, и компьютерная техника и программное обеспечение и исходные данные.
Также отмечается изменение самой концепции ГИС: в 1980-е гг GIS – “географическая информационная система” (geographic information system); в 1990-е гг GIS –“геоинформатика” (geographic information science); в 2000-е гг GIS – “географические информационные услуги” (geographic information services).

1.3 Задачи ГИС. Функции ГИС. Классификация ГИС
Задачами ГИС являются формирование знаний о Земле, отдельных территориях, местности, своевременное доведение необходимых и достаточных пространственных данных до многочисленных пользователей с целью наибольшей эффективности их работы [10].
На практике круг задач, решаемых средствами ГИС, ограничивается реальными техническими и материальными возможностями аппаратного и программного обеспечения, а также потребностями заказчика. Например, в отдельных случаях ГИС может использоваться лишь для создания наглядных электронных карт. В других случаях ГИС может служить инструментом сбора и анализа данных, созданных иными средствами. Геоинформационные базы данных также могут служить основой для дальнейшей работы в иных программных средах.
Основными задачами практического использования ГИС в разных сферах (науке, производстве, образовании, бизнесе) являются: инвентаризация, управление, преобразование и представление информации о пространственных объектах. Техническими этапами работ при этом являются формирование баз данных, решение задач пространственного анализа, выполнение картометрических измерений, создание тематических карт, контроль положения объектов на местности, оценка расположения изучаемых объектов относительно элементов ландшафта, поддержание в актуальном состоянии баз пространственных данных и др.
В основе создания и применения ГИС лежит системный подход. Инструментом системного подхода в ГИС является моделирование. Организация структур данных в ГИС связана с преобразованием исходных данных до компьютерного вида. От того, насколько организация структуры данных учитывает географическую реальность, происходящие в ней процессы и существующие соотношения зависит степень точности и верности моделирования этих явлений и процессов.
Основные отличия ГИС от других информационных систем и технологий:
1. ГИС объединяет (интегрирует) ряд программ и технологий с целью управления сложными пространственными объектами.
ГИС предназначены для создания, хранения и обработки пространственных данных. Технологии ГИС могут включать анализ космических и аэрофотоснимков, создание цифровых карт, построение статистических моделей, визуализацию, ввод, обработку и хранение атрибутивных данных. При этом отдельные возможности перечисленных технологий могут сужаться (например, проектирование, статистический анализ), а новые появляться (пространственный анализ). ГИС не всегда служат оптимальным средством создания и обработки пространственных данных. Роль ГИС важна при представлении, управлении и анализе пространственных данных.
2. Принципиальным отличием ГИС от других информационных систем является наличие математической основы.
Математическая основа в ГИС позволяет выполнять хранение, обработку и анализ пространственных данных на основе координат. В ГИС возможен перевод в другие системы координат и проекций. В базах данных ГИС основой для хранения и извлечения информации служат географические ссылки.
3. Данные о пространственных объектах в ГИС отличаются от данных иных информационных систем информацией о положении, топологических связях и признаках отдельных объектов.
В базах данных ГИС поддерживаются связи между пространственной и атрибутивной информацией, возможна поддержка связей между объектами карты.
4. Возможность совместного анализа картографической и тематической информации является главным признаком, отличающим геоинформационные системы от баз данных, электронных карт, систем автоматического проектирования, экспертных систем.
На рис. показан классический набор функций ГИС, разделенный на блоки. Данная схема предложена основоположником геоинформатики Роджером Томлинсоном.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. Функции географической информационной системы


Минимальный набор функций ГИС (технологическая основа ГИС) включает функции автоматизированного картографирования, пространственного анализа, управления данными.
Функции автоматизированного картографирования должны обеспечивать работу с картографическими данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства высококачественных карт и рисунков (векторно-растровые преобразования, преобразования координатной системы, картографических проекций и масштабов, "склейка" отдельных листов карт, картометрические измерения, размещение текстовых надписей и внемасштабных картографических знаков, формирование макета печати).
Функции управления данными должны обеспечивать работу с атрибутивными (неграфическими) данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства стандартных и рабочих отчетов (пользовательские запросы, генерация пользовательских документов, статистические вычисления, логические операции, поддержание информационной безопасности, создание стандартных форм запросов и представления их результатов).
Функции пространственного анализа должны обеспечивать совместное использование и обработку картографических и атрибутивных данных в интересах создания производных картографических данных (анализ близости объектов, наложение полигонов, вычисление буферных зон и др.)
Кроме этого существуют специальные функции ГИС, реализованные в отдельных программных продуктах, либо теоретически возможные – растровые операции, автоматизированное дешифрирование цифровых космических снимков, обработка GPS-данных, построение и анализ поверхностей.
В общем виде ГИС состоят из подсистем:
сбора, подготовки и ввода данных;
хранения, обновления и управления данными;
обработки, моделирования и анализа данных;
контроля, визуализации и вывода данных.
Подсистема сбора, подготовки и ввода данных предназначена для формирования баз географических и атрибутивных данных; определения источников, типов данных для ГИС. Важнейшим компонентом подсистемы является программное обеспечение получения данных из разных источников (карт, аэро- и космических снимков, компьютерных сетей, данных оцифровки и ввода с клавиатуры). К устройствам ввода относятся сканеры, дигитайзеры, клавиатура, мышь.
Подсистема хранения, обновления и управления данными необходима для организации хранения данных, их администрирования, обеспечения процедур их редактирования и обновления, обслуживания запросов на информационный поиск. Хранение данных в ГИС осуществляется в базах данных, составляющих ГИС и связанных между собой (пространственные, атрибутивные базы). Для управления данными используются средства СУБД (SQL-запросы, фильтры, языки программирования). Управление данными включает поиск данных в памяти; установление размерности отдельных исследуемых областей; проведение логических операций над конкретными данными применительно к территориальным единицам исследуемой области; статистические расчеты; специальные математические расчеты в соответствии с требованиями пользователя.
Задачи подсистемы обработки, моделирования и анализа данных - организация обработки данных, обеспечение процедур их преобразования, математического моделирования и сопряженного анализа. Поиск и анализ данных в ГИС реализуется средствами внутренних языков (SQL, DDE), механизмов запросов, выборок, фильтров, слежения между базами данных
Основная задача подсистемы контроля, визуализации и вывода данных - генерация и оформление результатов работы системы в виде карт, графических изображений, таблиц, текстов на твердых или магнитных носителях.
Классификация ГИС может выполняться по следующим направлениям (ОСТ, ОГ, новый гост):
по назначению (проблемной ориентации) – в зависимости от целевого применения и характера решаемых задач: многоцелевые, информационно-справочные, учебные, издательские, инвентаризационные, аналитические, мониторинговые, исследовательские, принятия решений, иного назначения;
по предметной области (проблемно-тематической ориентации) – в зависимости от области применения: земельные, муниципальные, лесные, инженерных коммуникаций и городского хозяйства, предотвращения и локализации чрезвычайных ситуаций, экологические и природопользовательские, социально-экономические, земельно-кадастровые, геологические, навигационные, транспортные, торгово-маркетинговые, археологические и пр.;
по территориальному охвату: глобальные, субконтинентальные, национальные, межнациональные, региональные, субрегиональные и локальные ГИС. В Российской Федерации принято подразделять создаваемые ГИС по уровню управления на федеральные ГИС (ФГИС), региональные (РГИС), муниципальные (МГИС) и локальные (ЛГИС);
по способу организации географических данных: векторные, растровые, векторно-растровые, трехмерные;
по функциональности (в зависимости от составляющих ГИС блоков): полнофункциональные, специализированные, средства разработки ГИС-приложений.

1.4. Лесные экосистемы, как объекты ГИС-проектирования
Целесообразность применения ГИС-технологий для управления лесами связана со следующими причинами:
- леса являются сложными системами, состоящими из взаимосвязанных элементов (деревьев, групп деревьев, экологических групп, ярусов растительности);
- леса являются пространственными объектами;
- современные требования к устойчивому управлению лесами подразумевают значительное увеличение объемов сведений об изучаемых объектах и процессах, оперативную и качественную их обработку.
Принципы ГИС-технологий отвечают указанным критериям –ГИС предназначены для описания и управления сложными пространственными объектами, могут средствами моделирования хранить, передавать и обрабатывать данные о компонентах лесных экосистем и их связях, учитывать системные свойства, выполнять прогнозирование изменений в лесном фонде. Данные качества важны для инвентаризации лесных ландшафтов, ведения лесного хозяйства, проектирования использования лесов.
Пространственные характеристики лесов имеют существенное значение при проектировании и ведении хозяйства. Это относится к взаимной близости лесных участков, положению участков в ландшафте (относительно сырых мест, изрезанных склонов, берегов рек, ручьев), распределению участков с определенными характеристиками по территории, их близости к элементам дорожной и гидрографической сети, форме выделов. Существенное значение для определенных географических районов играют составляющие рельефа (экспозиция, высота, вогнутость склонов, чередование форм микро и мезорельефа на территории и пр.). Подобную информацию сложно описывать и анализировать без использования средств и методов картографии.
Все современные направления устойчивого управления лесами РФ – инвентаризация лесов, планирование, мониторинг, контроль лесохозяйственной деятельности, сертификация лесов, подразумевают сбор и обработку, совместный анализ данных о лесах. Значительная часть сложностей, связанных с управлением лесами, сопряжена с недостатком современной, точной информации о лесных ресурсах – их качественных, количественных характеристиках, ограничениях использования.
Следовательно, управление лесам требует привлечения дополнительных объемов разнообразной информации (карт, снимков, индикаторов, справочных таблиц и пр.) к традиционным материалам лесоустройства. Для характеристики, анализа и управления этой информацией с учетом системных качеств лесов целесообразно использовать методы моделирования.
Необходимость дополнения традиционной лесоустроительной информации (таксационных характеристик) иными сведениями (почвенными описаниями, характеристиками рельефа, сведениями о геоботаническом покрове, климате, водном режиме, хозяйственной деятельности, экономическими особенностями подчеркивается) определяется актуальными задачами управления. Дополнительными картографическими материалами, облегчающими работы по планированию лесохозяйственной деятельности, могут служить космические или аэрофотоснимки, топографические карты. Желательно для практических работ по контролю состояния лесов, лесозаготовкам, транспортировке леса иметь картографические материалы о смежных с изучаемым лесным фондом территориях (поселках, соседних лесничествах), дорожной сети, степени проходимости отдельных участков (связанных с сезонной доступностью), близости пунктов переработки и хранения древесины. Современные мобильные устройства, оснащенные GPS-приемниками, позволяют ориентироваться в лесу (что важно в однородных участках без выраженных ориентиров), оценивать положение и размеры вырубок, делянок, ветровалов, пожарищ и затем наносить их на карты. Возможно решение обратных задач – перенесение в натуру точек, определенных в камеральных условиях (отвод лесосек, восстановление границ).
Наиболее совершенными и перспективными на данный момент информационными системами и технологиями для обработки, представления и анализа пространственных данных о лесах являются ГИС-технологии. ГИС позволяют сочетать традиционные методы описания и управления лесными ресурсами со средствами картографической визуализации, пространственного анализа, обработки атрибутивных и картографических данных. Также ГИС позволяют объединять и анализировать совместно с лесоустроительной информацией множество дополнительных пространственных и атрибутивных данных.
Преимущества ГИС, как инструментов хранения и обработки пространственной информации о лесах:
1. Возможность хранения, сравнения и вывода пространственных данных о лесных экосистемах, что важно для многих направлений лесного комплекса – лесоустройства, ведения лесного хозяйства, мониторинга.
Так разнообразные картографические материалы на изучаемую территорию (например, лесничество, арендуемые кварталы, национальный парк и т.д.) могут быть средствами ГИС преобразованы в цифровую форму, представлены в форме единого набора файлов (геоинформационного проекта, рабочего набора) в единой системе координат и проекций. В среде ГИС могут быть отражены и векторные данные (геоинформационные базы данных, картографические проекты, слои), полученные как в результате лесоустройства, так и экспортированные из других источников (организаций, связанных с кадастровой оценкой земель, проектированием строительства, изысканиями, смежными землепользователями и др.) и растровые (отсканированные топографические, тематические карты, космические, аэрофотоснимки, фрагменты планшетов и других лесных карт).
Возможность совместного хранения и представления картографических данных в ГИС может использоваться для решения следующих задач:
- получение дополнительной информации о лесных ландшафтах, не представленной на традиционных лесных картах (сведения о рельефе, о смежных с лесным фондом территориях – сельскохозяйственных угодьях, дорогах, населенных пунктах);
- получение сведений о пространственных связях между объектами, отраженными в базах данных (определение выделов, пересекаемых реками и дорогами, оценка транспортной доступности)
- сопоставление материалов, относящихся к разному времени (места рубок, пожаров, изменение уровней воды в крупных водоемах)
- совместный просмотр, картографические измерения и анализ материалов, выполненных в разных масштабах и проекциях (данные дистанционного зондирования, топографические и лесные карты). Совмещенные в ГИС картографические материалы разного происхождения, разрешения, качества могут быть показаны вместе и использоваться для решения широкого круга задач управления лесами (уточнения границ, изменения контуров лесотаксационных выделов после лесохозяйственных мероприятий, внесения изменений в базы данных, ландшафтно-экологической оценки, проектирования мест рубок, рекреации, прогнозирования динамики лесного фонда )
Для моделирования пространственных свойств лесных экосистем возможно использование послойного представления информации, применяемого в большинстве ГИС. Послойный принцип представления пространственной информации подразумевает разбиение данных о какой-либо территории на серию тематических слоев. При этом разделение пространственных объектов на отдельные слои может выполняться как по содержательным критериям (например, на одном слое отображаются все элементы гидрографической сети – реки, ручьи, озера, канавы, на другом – все инженерные сооружения, на третьем – растительность и т.д.), так и по типам объектов (только полилинии, подписи, растры, полигоны, символы). Послойное представление удобно для визуализации пространственных данных (показа избранных слоев, управления атрибутами слоев), управления (определения картометрических характеристик, выполнения пространственного анализа).
- возможность использования атрибутивных баз данных, как составляющих ГИС. Помимо набора обязательных таблиц, содержащих поля (столбцы) исходной лесоустроительной информации и нормативно-справочные сведения об изучаемой территории в атрибутивных базах данных лесного фонда, как правило, существуют гибкие возможности внесения дополнительных данных. К дополнительным атрибутивным данным, которые могут добавляться


2. Средства пространственного анализа ГИС позволяют решать сложные и трудозатратные задачи (например, на основе пространственных условий; оверлей слоев) с экономией времени
3. ГИС исторически разработаны как набор программ и технологий для управления природными объектами

Особое значение имеет мобильность и универсальность ГИС-данных. Так одни и те же данные о лесных экосистемах, представленные в распространенных форматах ГИС, могут экспортироваться в другие программы и применяться как для решения задач лесного сектора (инвентаризации лесов, проектирования лесопользования, планирования лесозаготовок, организации рекреации, мониторинга), так и для решения задач в других сферах – охране природы, строительстве, оценке ресурсов территорий, научных исследованиях.


Контрольные вопросы к главе 1:
Задачи использования информационных технологий при управлении лесами.
Геоинформатика.. Пространственные данные. Геоинформационные системы и технологии.
Отличия ГИС от других программ и технологий.
Функции и задачи ГИС.
Структура ГИС.
Направления классификации ГИС.
Лесные экосистемы, как объекты ГИС-проектирования.


2. Программное обеспечение лесоустройства и лесного хозяйства РФ

2.1 Задачи программного обеспечения ГИС лесного комплекса
Требования к программному обеспечению ГИС для использования в разных направлениях лесного комплекса отличаются, так как в каждом направлении решается свой круг задач. В качестве основы часто используются геоинформационные базы данных и программное обеспечение лесоустройства. Одни разработчики программного обеспечения создают универсальные продукты, пригодные для использования во многих направлениях лесного комплекса. Другие создают отдельные модули – для лесоустройства, обработки данных лесосечного фонда, инвентаризации лесов, контроля незаконных рубок и других направлений использования.
Задачи программного обеспечения ГИС лесоустройства:
- создание геоинформационных баз данных лесного фонда (обработка растровых изображений, создание векторных объектов, условных знаков, автоматизированное определение площадей полигонов, создание, ведение, обработка атрибутивных баз данных),
- лесоустроительное проектирование (расчеты главного и промежуточного пользования, составление планов рубок, составление ведомостей, отчетов по данным лесоустройства, расчет арендной платы),
- визуализация данных о лесном фонде и результатов проектирования (на экране и при печати) с учетом стандартных требований.
Задачи программного обеспечения ГИС лесного хозяйства (для работы в лесничествах и лесопарках, организациях по контролю лесопользования на локальном уровне):
- поиск необходимой информации в базах данных лесоустройства (таксационных описаний, фрагментов лесных карт, результатов выборок и запросов), их визуализация и печать,
- внесение изменений в базы данных (после пожаров, рубок, изменений границ, таксационных характеристик и др.),
- обработка данных лесного и лесосечного фонда (получение сведений о категориях защитных лесов, проектируемых мероприятиях, категориях земель, лесных культурах; материально-денежная оценка лесосек, составление ведомостей, абрисов и технологических карт).
Задачи программного обеспечения ГИС лесопользования (для работы в организациях, связанных с проектированием и выполнением различных видов лесопользования):
- выбор и группировка лесных участков для лесопользования,
- планирование дорожной сети,
- экономическое обоснование лесозаготовок и строительства дорог,
- выбор технологий лесозаготовок и лесозаготовительной техники с учетом ландшафтных особенностей,
- контроль и координация лесозаготовительных работ.
Задачи программного обеспечения ГИС управления лесами (для работы в организациях, связанных с планированием и контролем лесопользования на региональном и федеральном уровне):
- агрегация и обработка данных о состоянии лесных ресурсов и лесопользовании (по центральным и участковым лесничествам, регионам),
- планирование стратегического управления лесами (моделирование динамики лесов и лесопользования, прогнозирование состояния лесов при разных сценариях управления),
- дистанционное зондирование для оценки состояния лесов, количества и качества лесных ресурсов, контроля лесопользования,
- комплексный анализ лесопользования и динамики лесов с учетом многих факторов (лесных ресурсов, компонентов ландшафтов, времени),
- оценка воздействия результатов лесопользования на окружающую среду.

2.2 Программное обеспечение лесоустроительных предприятий РФ
Становление и развитие геоинформационных технологий в лесной отрасли РФ связано в первую очередь с системой бывших лесоустроительных предприятий. Именно внутри разрозненных лесоустроительных предприятий (середина 1990-х гг) за десятилетний период произошло формирование отечественных ГИС-систем для лесного хозяйства и лесоустройства. Из-за специфики процесса информатизации лесного комплекса РФ на данный момент не существует единого универсального программного продукта для решения задач лесоустройства и лесного хозяйства. Применяемые сейчас в разных регионах России программные продукты, как правило, представляют собой набор модулей и приложений (как оригинальных, так и на основе комбинаций универсальных средств СУБД, ГИС, например, MS Access, MapInfo).
Для компьютеризации лесного комплекса нерационально использовать только специализированное программное обеспечение. Обработка определенных типов данных – текстов, чисел, изображений, ведения бухгалтерского учета, хранение информации о финансовой деятельности предприятия, учете кадров и т.д. не требует, например, ГИС – технологий и может осуществляться с помощью стандартных видов программного обеспечения – приложений Microsoft Office, либо специализированных программ для бухгалтеров, юристов, экономистов. Инженеры лесного хозяйства должны представлять назначение и возможности стандартных видов программного обеспечения для обработки и управления данными различного типа.

Табл. 1. Программное обеспечение лесоустроительных предприятий России [].
Наименование системы
Состав
Лесоустроительное предприятие - пользователь
Регион применения

ЛУГИС
ГИС WinGIS, система WinPLP
Северо-Западное, Карельское
Ленинградская, Новгородская, Псковская, Калининградская обл., Карелия, Ямало-Ненецкий округ, Краснодарский край

ЛЕСИС
ГИС Topol, система Ve-L
Центральное (экспедиции Тверь, Рязань, Сыктывкар, Йошкар-Ола), Московское
Московская, Тверская, Костромская, Рязанская обл.


ЛЕСГИС
ГИС MapInfo, векторизатор MapEdit,
система СУБД-L
Западно-Сибирское
Западная Сибирь

ЛЕСНЫЕ РЕСУРСЫ
ГИС GeoGraph/GeoDraw
Северное, Прибайкальское,
Архангельская, Вологодская обл., Карелия, Коми

АРМ «ЛЕСФОНД»
ЛабМастер
Поволжское с экспедициями Казань, Уфа, Пенза, Пермь, Екатеринбург, Ульяновск
Н.Новгород, экспедиции –


При выборе программного обеспечения ГИС для решения определенного круга задач учитываются следующие составляющие: компьютерные устройства и оборудование, особенности программного обеспечения, удобство пользования системой.
Программное обеспечение ГИС должно отвечать ряду требований, необходимых для организации работы и получения необходимых результатов. Например, в отношении управления картографическими данными важны следующие критерии – модели пространственных данных (векторные, растровые, поддержка топологических отношений), форматы экспорта-импорта, возможности проекционных преобразований и трансформирования растров, типы геометрических примитивов, возможности тематического картографирования.
Под удобством пользования понимается такой набор программных модулей и инструментов управления, который обеспечивает пользователю возможность эффективной работы с системой. Это означает, что системы команд должны быть понятны всем пользователям; управление системой должно быть построено таким образом, чтобы пользователь начального уровня мог бы работать с программой при помощи команд меню, а пользователь высокого уровня – напрямую (с использованием языков программирования, “горячих клавиш”, макросов и пр.); в сообщениях о сбоях в работе должна содержаться информация о происхождении ошибок и путях их исправления; программа должна иметь модуль "Помощь", в котором было бы приведено полное описание системы, предусматривалась бы возможность алфавитного и тематического поиска.
Существенным аспектом при выборе и использовании ГИС остается переоценка реальных возможностей ГИС-технологий. Специалисты в области ГИС-технологий, не умаляя значимости возможностей обработки и представления пространственной информации в ГИС, подчеркивают, что ГИС не служит единственным и определяющим средством решения управленческих задач. Возможности ГИС способствуют более точной и быстрой обработке пространственной информации, сужению круга возможных решений. Но окончательное решение всегда остается за человеком – специалистом в какой-либо предметной области (истории, географии, экологии, лесном хозяйстве), использующим ГИС как средство управления.

2.3 Особенности информатизации лесного комплекса РФ
Процесс информатизации лесного хозяйства РФ продолжается с начала 1990-х гг. Специалисты выявляют и анализируют причины, затрудняющие повсеместное использование цифровых пространственных данных, компьютерной техники и информационных технологий в лесном хозяйстве страны. Кроме сложностей, связанных с реформированием лесного хозяйства (административных, кадровых, финансовых и законодательных) существуют также технологические проблемы, связанные с особенностями информационных технологий, а также ландшафтно-географическими различиями регионов. Условно, особенности информатизации лесного комплекса РФ можно разделить на общие (не связанные с регионом или программным обеспечением) и локальные (связанные с технологией, программными продуктами, региональными различиями лесного хозяйства).
Общими особенностями информатизации лесного комплекса являются:
противоречия качества исходных материалов при создании цифровых картографических основ (использование картографических данных, полученных из разных источников с разными масштабами, точностью, проекциями - материалы прежнего лесоустройства, топографические карты, полевые геодезические работы, кадастровая съемка, данные лесхозов)
несоответствие точности результатов обработки данных в ГИС критериям точности лесоустройства
неопределенность подходов к установлению положения пространственных объектов при создании лесных карт (границ между землями лесного фонда и смежными землепользователями, квартальных просек, границ выделов и пр.)
снижение доли полевых геодезических работ в лесном фонде
ограничение доступа к определенной пространственной информации (крупномасштабная аэрофотосъемка, топографические планы и карты, координаты объектов в местных системах координат),
невостребованность большей части аналитических функций ГИС (выбор более дешевых программ, для снижения затрат, решение задач пространственного анализа вручную),
необходимость регулярной модификации программ и технологий (для соответствия результатов требованиям лесного законодательства, принципам устойчивого управления лесами, современному техническому уровню, требованиям заказчиков)
отсутствие единых стандартов на программное обеспечение, пространственные данные и технологии ГИС-проектирования для лесного хозяйства и лесоустройства в РФ (как следствие – сложности при совмещении пространственных данных, созданных на разных ЛУП).
Локальные различия применения ГИС технологий в РФ могут быть связаны со следующими причинами:
разные требования к точности и детальности данных лесного фонда для лесов разных категорий, разных географических и экономических условий (для резервных лесов и лесов зоны интенсивного лесопользования),
необходимость детального учета компонентов ландшафтов, значимых для лесного хозяйства отдельных регионов (характеристики рельефа, геоботанического покрова, антропогенные нагрузки,),
особенности применяемых программ и технологий (связь с организациями-разработчиками программного обеспечения, традиции в организации производства, использование исходных картографических материалов определенных производителей, выполнение пожеланий потенциальных пользователей баз данных).

Контрольные вопросы к главе 2:
Задачи программного обеспечения ГИС лесоустройства, лесного хозяйства, лесозаготовок.
Основные стадии проектирования ГИС-приложений..
Основные программные комплексы лесоустройства и лесного хозяйства РФ.
Факторы, определяющие выбор программного обеспечения
Особенности применения ГИС-технологий в лесном комплексе РФ.

3. Управление данными в ГИС

3.1 Возможности управления данными в ГИС
Согласно минимальным функциональным требованиям к ГИС (раздел 1.2), каждое ГИС-приложение должно выполнять три группы операций - управление атрибутивными данными, управление картографическими данными, совместное управление атрибутивными и картографическими данными (пространственный анализ). Полнота реализации указанных трех функций, дополнительные возможности уже будут зависеть от конкретной программы, ее стоимости, комплектации, назначения.
Для задач лесного хозяйства и лесоустройства, как правило, применяются сравнительно недорогие ГИС-приложения с небольшим диапазоном функциональных воможностей. Основные функции ГИС, востребованные для решения отраслевых задач, показаны в табл.
Table 13 SEQ Table \* ARABIC 14115. Функции ГИС для лесного хозяйства и лесоустройства
Функции ГИС
Операции
Практическое применение

Управление атрибутивными данными
Создание структур баз данных, ввод, хранение, обновление, модификация, поиск информации
Создание, ведение, использование атрибутивных баз данных лесного фонда (в т.ч. проектирование лесохозяйственной деятельности, расчеты использования лесов)

Управление картографическими данными
Создание цифровых картографических основ, трансформация растров, создание векторных слоев, преобразования проекций, систем координат, картографические измерения, визуализация, создание тематических карт
Создание лесных карт

Пространственный анализ
Наложение картографических слоев (оверлей)
Внесение изменений в картографические и атрибутивные базы данных



3.2 Управление атрибутивными данными

Необходимость применения СУБД для лесного хозяйства:
Каждый объект лесоустройства и лесного планирования (лесничество, лесопарк, арендованная территория), как правило, разделяется на множество подобъектов (выделов), имеющих значительное количество описательных характеристик. Подобная структура удобно описывается с помощью реляционных таблиц. На других уровнях управления (региональном, федеральном) табличная форма представления информации также пригодна и наглядна.

Каждое лесничество содержит тысячи выделов, описания каждого выдела содержит десятки характеристик.

Операции множественной обработки данных (выборки, расчеты, статистики, присоединение таблиц) необходимы для лесного планирования
Требования к СУБД и преимущества хранения информации в базах данных соответствуют требованиям к хранению и обработке данных лесоустройства

Способы хранения данных в БД
Базой данных называют набор файлов, структура которых обеспечивает хранение, извлечение и организацию данных.
Существует три способа хранения данных в БД:
1. Простые списки.
2. Упорядоченные файлы последовательного доступа.
3. Индексированные файлы.
Простые списки. Простейшим форматом файла БД является обычный список элементов. Новые элементы просто добавляются к концу списка. В такие файлы удобно добавлять данные, но их извлечение из файлов этого формата крайне неэффективно. Так, поиск в списке из п элементов потребует в среднем (п + 1)/2 операций. Если чтение карточки с информацией занимает 1 с, то поиск в подборке из 200000 карточек займет
(200000+1)/2 с, или 27 ч. Таким образом, очевидна необходимость в более эффективной организации базы данных.
Упорядоченные файлы последовательного доступа. В упорядоченных файлах элементы данных хранятся в алфавитном порядке, как в телефонном справочнике. Традиционно поиск в таких файлах ведется методом декомпозиции. Поиск начинается не с начала, а с записи в середине файла. Если искомое значение не найдено, поисковая программа определяет, в какой половине файла оно должно быть - до или после проверенной записи. Так повторяется до тех пор, пока искомый элемент не будет найден. Часто для поиска в упорядоченных файлах используется дихотомический метод. Такой алгоритм требует 13 EMBED Equation.3 1415 операций. Таким образом, в рассмотренном выше примере с 200000 элементами на поиск вместо 27 ч уйдет всего 2 ч.
В отличие от обычных списков при записи данных в упорядоченный файл необходимо создать место для новых элементов. Вместе с тем, этот формат файлов обеспечивает более быстрый поиск нужной информации.
Индексированные файлы. Как упоминалось ранее, отдельные пространственные элементы базы данных (точки, линии и полигоны) характеризуются не только именем и идентификационным номером, но и набором атрибутов. Как правило, при поиске требуется найти объекты, атрибуты которых удовлетворяют определенным критериям. Например, требуется найти все территории с истощенной почвой на склонах с уклоном менее 20%. В большинстве случаев объект связан не с одним, а с несколькими атрибутами. Поэтому эффективный метод поиска должен учитывать наличие между атрибутами перекрестных ссылок.

Существует два способа ускорения доступа к данным в индексированных файлах. Если элементы данных упорядочены в файле по своим значениям, такой файл называется файлом с неплотным индексом (табл. 9.4 а). При другом способе организации записей в основном файле для их поиска используют заданные свойства, сохраненные в другом файле, который называется инвертированным файлом (табл. 9.4, б). Для реализации второго подхода можно создать файл, упорядоченный по значениям свойства. Такой файл называется инвертированным индексом (табл. 9.4, в). Индексированные файлы ускоряют доступ к БД, однако при их использовании могут возникнуть сложности, связанные с частым добавлением и удалением записей. При добавлении записей в файл с неплотным индексом необходимо обновлять и основной файл, и файл индекса. При использовании инвертированного индекса запись в основной файл можно добавить в любую позицию (например, в конец файла), а после этого обновить только файл индекса. Тем не менее, для обновления больших файлов все равно требуется немало ресурсов, особенно в интерактивной среде. Другой недостаток индексированных файлов в том, что в них доступ к данным осуществляется только по ключу, содержащемуся в файле индекса. Альтернативой, при этом, является только последовательный перебор записей.

Система управления базами данных
Система управления базами данных (СУБД) это программа, предназначенная для управления большими объемами данных. Основное назначение СУБД - позволить пользователям работать с данными, не задумываясь о том, как реализовано их хранение на компьютере. В СУБД должны быть предусмотрены возможности для определения данных, атрибутов и связей, а также средства защиты информации. Кроме того, СУБД должна иметь пользовательский интерфейс для работы с данными и другими программами.

В общем случае СУБД должна обладать следующими функциями:
1. Управление файлами.
2. Добавление, обновление и удаление записей.
3. Анализ данных.
4. Защита конфиденциальности и целостности данных.
5. Поддержка средств разработки приложений.
Схема использования СУБД показана на рис. 9.17.

Структура БД имеет то же значение для СУБД, что и модель данных
(растровая или векторная) для ГИС. Выделяют три основных типа структур БД, которые, помимо всего прочего, моделируют логические связи реального мира:
1. Структура иерархической БД.
2. Структура сетевой БД.
3. Структура реляционной БД.
Следует также упомянуть объектно-ориентированные базы данных - развивающееся направление в ГИС, в котором активно ведутся исследования. Тем не менее, из всех перечисленных выше структур БД наиболее широко используется реляционная структура.

Иерархические базы данных
Данные могут быть организованы в многоуровневую древовидную структуру со связями между уровнями, определенными по типу «родитель - потомок» или «один-ко-многим». Такая структура БД называется иерархической. Доступ на каждый уровень иерархии осуществляется по ключу или критерию, при этом ключи обычно соответствуют связанным атрибутам.
Принцип построения иерархической базы данных проиллюстрирован на рис. 9.18. Здесь карта М содержит два полигона: I и II. Каждый полигон состоит из линий, а каждая линия содержит пару точек.
Основное преимущество иерархических БД в их простоте и открытости доступа по ключам. Кроме того, такая структура легко расширяется путем добавления атрибутов и новых решающих правил. Эффективность извлечения данных из иерархической БД зависит от того, насколько удачно при ее разработке была учтена структура возможных запросов. Один из самых серьезных недостатков иерархических БД заключается в дублировании данных. Так, на рис. 9.18 видно, что каждая пара точек дублируется, а для линии 3 координаты с и d повторяются четыре раза. Это вызывает сильную избыточность данных в больших БД. Еще одним недостатком иерархических БД является то, доступ к записям возможен лишь в направлении вверх или вниз по уровням иерархии.

Сетевые базы данных
Типичной для баз данных ГИС является ситуация, когда каждый объект может иметь множество атрибутов, а отдельный атрибут может быть связан с несколькими объектами. Чтобы реализовать такую модель, для каждого элемента необходимо определить программную структуру - указатель, который должен ссылаться на все элементы данных, с которыми связан этот элемент (рис. 9.19). Таким образом, все элементы данных оказываются связанными напрямую, без использования связей типа «родитель - потомок». Такая структура данных называется сетевой.
Иногда для снижения избыточности данных и количества связей используют компактные сетевые структуры, которые называются кольцевыми структурами с указателем. В этом случае каждый объект представлен в единственном экземпляре. Это существенно упрощает структуру базы данных, что хорошо видно из сравнения рис. 9.19 и 9.20.



Реляционные базы данных
В реляционных базах данных информация хранится в двухмерных таблицах, содержащих записи для одного типа объектов (рис. 9.21). Таблицы связаны общим данными, которые называются ключом. При этом, легко выполнять запросы как к одной таблице, так и к группе таблиц. Например, первая таблица может содержать записи типа landtitle (название участка), а вторая и третья - записи об объектах parcel (участок) и owner (владелец) соответственно. Данные организованы в столбцы и строки, столбцы соответствуют атрибутам объектов. У каждого столбца имеется уникальное имя, данные в каждом столбце должны иметь одинаковый тип. К типам относятся целые числа, даты, телефонные номера и текстовые данные. Порядок столбцов в таблице значения не имеет. В каждой ячейке допускается не более одного значения. Совокупность значений атрибутов в строке называется кортежем. Строки должны быть уникальными. Для неизвестных значений допускается указывать null в ячейках таблицы.
Сетевая структура БД эффективна, если заранее известны связи междуэлементами данных, благодаря чему удается избежать избыточности. Сетевые БД обладают также большими возможностями для настройки параметров поиска по сравнению с иерархическими базами данных. Недостаткомсетевой структуры является большое число указателей в крупных БД, где они могут занимать значительную часть базы данных. Кроме того, при каждом изменении БД необходимо обновлять указатели. Создание и обновление указателей отнимает значительную часть ресурсов СУБД.
Производители реляционных СУБД зачастую используют разные термины для обозначения идентичных функций. Чтобы избежать терминологической путаницы, в табл. 9.5 приведены традиционные термины и их аналоги, принятые в реляционных базах данных. Структура таблиц в реляционных БД позволяет обрабатывать самые разные запросы к данным. Тем не менее, реляционная структура используется в ГИС в основном для организации атрибутивной информации, а не сложных многомерных пространственных данных. В большинстве реляционных СУБД существует возможность обработки запросов с помощью меню и значков. Для этой цели разработан также структурный язык запросов

(Structured Query Language, SQL), отличающийся простой и функцио-
нальной завершенностью.
К недостаткам реляционных баз данных относятся:
1. Невозможность использования географических понятий (например,
пространственных связей и расстояния).
2. Частичная избыточность, невысокая скорость обработки запросов,
сложность в реализации.
3. Трудности при работе со сложными объектами ГИС, ограничен-
ность в выборе типов данных, сложности при работе со значениями
времени.

Объектно-ориентированные базы данных
Объектно-ориентированный подход к построению баз данных берет свое начало из языков программирования. В настоящее время он в основном применяется для снижения избыточности данных и решения задач последовательного поиска в реляционных БД. В ГИС объектно-ориентированный подход используется для анализа сложных пространственных объектов и устранения проблем с обновлением БД после таких операций, как наложение полигонов.
Объектно-ориентированная структура БД, для разработки которой используются методы языков объектно-ориентированного программирования (ООП), сочетает скорость иерархической с гибкостью реляционной БД благодаря представлению данных в виде аналогов реальных объектов.
В реляционной БД объект определяется ее записями и логическими связями между атрибутами и их значениями. В объектно-ориентированной БД данные определяются уникальными объектами, которые группируются в классы по естественным признакам. Для описания объекта можно использовать его атрибуты (совокупность которых называется состоянием) или набор методов - процедур, определяющих поведение объекта. Эти данные содержатся в объекте, у которого имеется уникальный в пределах БД идентификатор. Для извлечения содержащихся в объекте данных необходимо сформировать запрос (сообщение), вызывающий один из методов объекта. Тип сообщений зависит от того, как определен объект. Отклик объекта на сообщение зависит от его состояния. Одно и то же сообщение вызывает разный отклик не только у разных объектов, но и у одного объекта в разных контекстах. Это свойство называется полиморфизмом.
Данные, используемые в объектно-ориентированных БД, должны быть уникальными объектами. Следовательно, такие БД очень эффективны по сравнению с сетевыми и иерархическими БД при хранении иерархических взаимосвязанных данных. Однако создание такой БД, по-видимому, займет много времени, поскольку придется явно определять множество атрибутов объекта, а также связи между объектами. Но по завершении этой работы получится структура, весьма эффективная в плане обработки запросов, особенно адресованных конкретным объектам.

Выбор оптимальной структуры БД
Очевидно, что с точки зрения географических информационных систем у каждого типа БД есть свои преимущества. Иерархическая структура позволяет без труда делить большие базы данных на части, которыми гораздо проще управлять. В сетевых БД содержится мало избыточных данных и реализованы направленные жесткие связи между объектами, которые существенно ускоряют поиск информации. В объектно-ориентированные БД можно встраивать дополнительные связи и функциональные возможности, однако для этого требуются сложные инструменты программирования, и, к тому же, такие БД более требовательны к вычислительным ресурсам. Реляционные БД отличаются открытостью и широкими возможностями для адаптации, но страдают от чрезмерного размера, избыточности данных и медленного поиска. В силу этих причин все перечисленные структуры зачастую используются совместно.
Иерархический подход часто позволяет разделить пространственные данные на более удобные для картографирования тематические или территориальные категории. Сетевая структура идеальна для хранения топологически связанных векторных линий и полигонов. Реляционный подход эффективен для извлечения объектов с заданными атрибутами и для работы с самими атрибутами. Объектно-ориентированные структуры удобны в тех случаях, когда у объектов есть общие атрибуты либо требуется учесть особый характер взаимодействия объектов.


3.2.1 Принципы хранения и управления данными в реляционных СУБД
Атрибутивные базы данных в ГИС представляют собой таблицы, содержащие свойства (атрибуты) пространственных объектов. Как правило, строки таблиц характеризуют отдельные объекты, отображаемые на слоях ГИС (точки, полилинии, полигоны, растры). Для управления наборами атрибутивных данных используют системы управления базами данных или специальные модули и приложения.
Использование специальных программ и инструментов для создания баз данных и их обработки может быть оправдано при значительном объеме самих данных, необходимости соблюдения определенных принципов хранения и обработки информации (непротиворечивость, целостность, безопасность информации), необходимости множественной обработки данных, обращении к данным средствами выборок и запросов.
Перечисленным требованиям отвечают базы данных лесоустройства:
- каждый объект лесоустроительной инвентаризации или проектирования (участковое лесничество, территория аренды) может содержать сотни или тысячи записей, соответствующих уровню управления (выделы, кварталы, участковые лесничества, кадастровые участки);
- в базы данных вводится и хранится множество атрибутов (таксационные характеристики, сведения о кварталах, лесничествах);
- к сведениям, хранящимся в базах данных, предъявляются требования непротиворечивости, корректности, безопасности, возможны ограничения доступа для разных категорий пользователей;
- данные лесоустройства подвергаются множественной обработке при выполнении лесоустроительных расчетов и получении статистических сведений о лесах;
- для обращений пользователей к данным необходимы простые и эффективные средства управления (выборки, запросы).
В большинстве современных систем управления базами данных и ГИС используются реляционные модели данных.
Реляционной базой данных называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю, организованы в виде таблиц (отношений - relations), а все операции над данными сводятся к операциями над этими таблицами. Преимуществом реляционных СУБД считается их большая степень открытости для пользователей. Пользователи сами могут формировать структуру баз данных, обращаться к базам данных с помощью запросов, которые могут также формировать самостоятельно. Важными достоинствами реляционных моделей считаются их простота, понятность и удобство физической реализации на компьютерах.
Основные понятия реляционных СУБД близки по смыслу понятиям таблица, тип данных, столбец, строка и т.д. (см. табл. 2), но отличаются от них особенностями структуры и организации.
Таблица 2. Элементы реляционной модели [БД]

13PRIVATE15Элемент реляционной модели
Форма представления
Пример

отношение
таблица
объемы лесопользования по лесозаготовителям

схема отношения
“шапка” таблицы
объемы лесопользования по лесозаготовителям (Лесопользователь, Ежегодный размер Главного пользования, Ежегодный размер промежуточного пользования)

атрибут
заголовок столбца таблицы
Лесопользователь

Кортеж
строка таблицы



ОАО «Айсберг»
15000
20000



первичный ключ
один или несколько атрибутов
атрибут Лесопользователь для связи с таблицей Перечень кварталов лесничества


значение атрибута
значение поля в записи
одна характеристика единичного объекта

Домен
множество всех возможных значений определенного атрибута
Для атрибута Лесопользователь – названия всех лесозаготовителей, для атрибутов с размерами пользования – все возможные положительные целые числа

тип данных
тип значений элементов таблицы
Для атрибута Лесопользователь – символьные, для атрибутов с размерами пользования - числовые


Таблица 2. База данных «Объемы лесопользования по лесозаготовителям»

Лесопользователь
Ежегодный размер
Главного пользования
Ежегодный размер
промежуточного пользования

ОАО «Айсберг»
15000
20000

ООО «Леспром»
40000
5000


Основными понятиями реляционных моделей данных являются сущность, отношение, домен
Сущность – объект любой природы, данные о котором хранятся в БД в форме отношений (например, сведения о лесопользовании в лесничестве за определенный период). Сущность может характеризовать объекты (лес, строение) и явления (пожары, загрязнения, рост древостоя). Каждая сущность обладает набором свойств, информация о которых может храниться в информационной системе. Данные о сущности хранятся в отношениях.
Отношение – двумерная таблица с данными, в которой все строки отличаются друг от друга.
Свойства отношений (отличия отношений от таблиц):
В отношении нет одинаковых кортежей (строк). Все строки должны быть уникальны – отличаться хотя бы по одному значению.
Все атрибуты должны быть различны. Не должно быть столбцов с одинаковыми названиями.
Все значения атрибутов должны быть простыми. Недопустимо помещение в одном столбце одной строки набора значений (массива, ).
Все кортежи должны иметь одинаковую структуру. Строки одной таблицы должны иметь одну структуру, соответствующую именам и типам данных столбцов.
Кортежи не упорядочены (сверху вниз). Порядок строк не имеет значения.
Атрибуты не упорядочены (слева направо). Т.к. каждый атрибут имеет уникальное имя в пределах отношения, то порядок атрибутов не имеет значения.
Домен – множество допустимых значений атрибута
Реляционная структура позволяет представлять в табличном виде значительные по объемам и содержанию наборы данных. В одной таблице может описываться простейший вид связей – деление одного объекта на множество подобъектов. В нескольких таблицах, совмещенных друг с другом, могут описываться повторяющиеся (избыточные) данные.
Для взаимосвязи нескольких таблиц используются ключи (общие столбцы в разных таблицах).
Первичный ключ – столбец таблицы, значения которого однозначно идентифицируют каждую строку.
Внешний ключ – столбец одной таблицы, значения в котором совпадают со значениями столбца, являющегося первичным ключом другой таблицы. Вместе первичный и внешний ключи создают между таблицами отношение предок-потомок. Связи между ключевыми полями баз данных могут относиться к одному из типов – “один-к-одному”, ”один-ко-многим”, ”многие-ко-многим” (рис. ).
Таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14115. Типы связей в СУБД
Тип связей
Схема
Пример

“один-к-одному”
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Одному сотруднику (A) соответствует один номер паспорта (B)








“один-ко-многим”
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Одному центральному лесничеству (A) соответствует набор участковых лесничеств (B1Bn)

“многие-к-одному”
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Несколько лесозаготовителей (A1An) поставляют древесину одному деревообрабатывающему комбинату (B)

“многие-ко-многим”
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Древесину разных пород поставляют разные лесозаготовители (B1Bn)


Тип связей ”один-к-одному” используется при организации связей картографических и атрибутивных данных в ГИС. Каждому геометрическому объекту (полигону, полилинии, символу) на слоях ГИС соответствует уникальный номер-идентификатор. Те же идентификаторы указываются в строках атрибутивных таблиц.
На рис. показан набор отношений (Кварталы лесничества, Объемы лесопользования, Делянки), составляющих базу данных лесопользования по лесозаготовителям на арендуемой территории лесничества.
Кварталы лесничества
Номер квартала
Административный
район
Лесопользователь
Площадь, га

1
Тосненский
ООО «Леспром»
41

2
Тосненский
ООО «Леспром»
50

3
Тосненский
ООО «Леспром»
58

4
Тосненский
ООО «Леспром»
60

5
Тосненский
ОАО «Айсберг»
81

6
Тосненский
ООО «Леспром»
145

7
Тосненский
ОАО «Айсберг»
86




Объемы лесопользования

Лесопользователь
Ежегодный размер
Главного пользования
Ежегодный размер
промежуточного пользования

ОАО «Айсберг»
15000
20000

ООО «Леспром»
40000
5000




Делянки
Геометрический объект
Идентификатор объекта
Номер делянки
Номер квартала
Номер выдела
Способ рубки

Polygon
0006
1
6
24
сплошная

Polygon
0007
1
4
2
выборочная

Polygon
0008
2
4
2
выборочная




Атрибуты отношения Кварталы лесничества: номер квартала, административный район, лесопользователь, площадь. Домены атрибутов: номер квартала и площадь – целые положительные числа, административный район - перечень названий районов территории аренды, лесопользователь - перечень названий лесопользователей (ООО “Леспром” и ОАО “Айсберг”).
Связь между отношениями Кварталы лесничества и Объемы лесопользования возможна по ключевому столбцу “Лесопользователь” (при этом в отношении Кварталы лесничества столбец Лесопользователь будет внешним, в отношении Объемы лесопользования - первичным). Ключевым столбцом для связи таблиц Кварталы лесничества и Делянки может быть Номер квартала.
Атрибутивные таблицы в ГИС дополняются атрибутами-связями строк-кортежей с пространственными объектами, отображаемыми на слоях электронных карт. В отношении Делянки, совмещенном с полигонами - контурами делянок на электронной карте указывается тип геометрического объекта (полигон) и его уникальный номер – идентификатор.
В ГИС объекты атрибутивных баз данных (представленные в виде строк таблиц) соединяются с графическими объектами (точками, линиями, полигонами, растрами) с помощью ключевых полей.
3.2.2 Запросы к атрибутивным данным
Поиск информации в таблицах атрибутивных баз данных может осуществляться как вручную (с просмотром всех строк-записей), так и с помощью множественной обработки данных - запросов. Множественная обработка данных позволяет одновременно вводить, редактировать, выбирать и удалять множество записей из таблиц.
Теоретической основой операций с таблицами в реляционных СУБД являются реляционная алгебра и реляционное исчисление. Оба указанных языка эквивалентны – сформулированные на одном из них запросы могут быть преобразованы в другой. По сравнению с традиционными языками программирования языки реляционной алгебры и реляционного исчисления относительно просты в изучении и использовании. В реляционной алгебре операндами и результатами всех действий являются отношения (таблицы), операциями – набор операций над отношениями (операции объединения, разности, пересечения, выборки и др. ). Основные (базовые) операции реляционной алгебры продемонстрированы на рис.


Рисунок 13 SEQ Figure \* ARABIC 14115. Базовые операции реляционной алгебры (БД)
Примеры основных запросов реляционной алгебры показаны для исходных таблиц-отношений, характеризующих свойства лесосечного фонда (рис. )
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Операции реляционной алгебры разделяются на операции с одним отношением (выборка, проекция), операции с двумя отношениями (объединение, разность, пересечение, произведение, деление, соединение). Для ряда операций с двумя отношениями необходимо соблюдение требования совместимости по структуре (объединение, разность, пересечение).
а
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


б
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


в
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

г
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

д
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

е
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14115. Операции реляционной алгебры: а – объединение, б – разность, в – пересечение г – произведение, д – выборка, е – проекция, ж – деление, з - соединение
Объединением двух совместимых отношений R1 и R2 одинаковой размерности (R1 UNION R2) является отношение R, содержащее все элементы исходных отношений (с исключением повторений) – рис. а.
Разность (вычитание) совместимых отношений R1 и R2 одинаковой размерности (R1 MINUS R2) есть отношение, тело которого состоит из множества кортежей, принадлежащих R1, но не принадлежащих R2 – рис. б.
Пересечение двух совместимых отношений R1 и R2 одинаковой размерности (R1 INTERSECT R2) порождает отношение R, с телом, включающим в себя кортежи, одновременно принадлежащие обоим исходным отношениям – рис. в.
Произведение отношения R1 степени k1 и отношения R2 степени k2 (R1 TIMES R2), которые не имеют одинаковых имен атрибутов, есть такое отношение R степени (k1+k2), заголовок которого включает заголовки отношений R1 и R2, одинаковой размерности (R1 UNION R2) является отношение R, содержащее все элементы исходных отношений (с исключением повторений) – рис. г.
Выборка (R WHERE f) отношения R по формуле f – новое отношение с заголовком отношения R и кортежами, удовлетворяющими истинности логического выражения, заданного формулой f (рис. д). Для записи формул в выборках используются имена атрибутов, константы, логические операции (И, ИЛИ, НЕ), операции сравнения, скобки.
Проекция отношения A на атрибуты X, Y,, Z (A[X, Y,, Z]), где множество {X, Y,, Z} является подмножеством полного списка атрибутов заголовка отношения A представляет собой отношение с заголовком X, Y,, Z и телом, содержащим кортежи отношения A (за исключением повторений) – рис.е.
Результат деления отношения R1 с атрибутами A и B на отношение R2 с атрибутом B (R1 DIVIDE BY R2), где A и B – атрибуты, а атрибут B общий, определяемый на одном домене – новое отношение R с заголовком A и телом, состоящим из кортежей r таких, что в отношении R1 имеются кортежи (r, s), причем множество значений s включает множество значений атрибута B отношения R2 – рис .ж.
Соединение отношений R1 и R2 13 EMBED Equation.3 1415 по условию, заданному формулой f, представляет собой отношение R, которое можно получить путем произведения отношений R1 и R2 с последующей выборкой по условию f – рис .з.
Кроме перечисленных операций реляционной алгебры известны другие (), а также их комбинации, например последовательные операции выборки и проекции.
В языках реляционного исчисления, в отличие от реляционной алгебры, запросы содержат только желаемый результат, а не процедуры, необходимые для его выполнения. Применяются два основных языка - язык структурированных запросов SQL (Structured query language) и язык запросов по образцу QBE (Query by example), эквивалентных друг другу по возможностям манипулирования данными. Язык SQL реализуется в форме выражений из команд и условий (с использованием элементов программирования), язык QBE связан с ручным или визуальным формированием запросов.
Язык SQL отчасти основан на формальном языке запросов – реляционной алгебре, его отличают простота использования, интуитивность и универсальный характер. Операторы языка SQL подразделяются на две подгруппы – операции с таблицами (создание, удаление, изменение структуры таблиц, создание индексов) и операции с данными (выборка, изменение, вставка, удаление записей). Важнейшими операторами языка SQL являются операторы выбора (SELECT), сортировки (ORDER BY), группировки (GROUP BY) и соединения таблиц по общему столбцу (JOIN). Они могут быть доступны в СУБД как в форме запросов (SQL), так и в форме различных мастеров или конструкторов (QBE). Основная синтаксическая конструкция запроса на языке SQL:
SELECT имена столбцов
FROM отношения
WHERE ограничения-на-кортежи
В описание оператора SELECT требуется включать список полей и операнд FROM. Остальные операнды не обязательны. В операнде FROM перечисляются имена таблиц, из которых отбираются записи. Примеры записи запроса на выбор выделов с возрастом преобладающей породы (поле ТАКСАЦИЯ.ВОЗРАСТ ) более 100 лет из таблицы ТАКСАЦИЯ приведены на рис. Результатом выполнения оператора SELECT является набор кортежей (строк исходной таблицы). Операции выборки могут выполняться безусловно (выбор всех записей), или в соответствии с поставленными условиями. Условия отбора (внутри WHERE) представляют собой комбинацию атрибутов, значений атрибутов, логических операторов, операторов сравнения. Запросы на языках реляционного исчисления позволяют извлекать необходимую информацию из атрибутивных таблиц как в среде ГИС (WinGIS, MapInfo, ArcView), так и в среде СУБД (FoxPro for Windows, MS Access).
Эквивалентность языков реляционной алгебры и реляционного исчисления (SQL-запросы для примеров реляционной алгебры).




А.
Б.


SELECT ТАКСАЦИЯ.*
FROM ТАКСАЦИЯ
WHERE (ТАКСАЦИЯ.ВОЗРАСТ)>100

В.
Г.





Рис. Примеры записи запроса к атрибутивной таблице: а – режим конструктора (QBE-запрос) в MS Access, б – режим SQL-запроса в MS Access, в - диалоговое окно SQL-запрос в ГИС MapInfo, диалоговое окно конструктора запросов в ГИС ArcView 3.2

Синтаксис SQL-диалектов в разных программах и версиях может отличаться, но основные принципы построения запросов однородны. Результатами выполнения запросов к атрибутивным данным в СУБД и ГИС являются новые отношения (таблицы). С помощью запросов также могут рассчитываться новые значения. Для расчетов новых значений могут использоваться как существующие в исходных таблицах данные, так и новые, получаемые при вводе и обработке данных. Для вычисления новых значений в столбцах атрибутивных таблиц могут использоваться специальные инструменты (Конструктор запросов в ГИС ArcView 3.2, Построитель выражений в СУБД MS Access 2003).
В таблице приводятся основные составляющие условий SQL-запросов для отдельных программ СУБД и ГИС.
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 141415. Составляющие SQL-запросов отдельных приложений СУБД и ГИС
Составляющие SQL-запросов
СУБД MS Access 2003
ГИС MapInfo 7.8
ГИС WinGIS 2003
ГИС ArcView 3.2

Диалоговые окна для выборок
Фильтр (в т.ч. фильтр по выделенному значению, введенному значению, расширенный фильтр)
Диалоги “Выбрать”, меню ”Запрос”
Фильтр
Калькулятор Поля, Конструктор запросов

Диалоговые окна для запросов
Мастер запросов (режимы конструктор, SQL-режим)

SQL-запрос
Query builder (Conditions, SQL)
Конструктор запросов

Компоненты условий в запросах





Символы замены символьных данных
“?”(“*”)
“_”(“%”)
“_”(“%”)
“?”(“*”)

Арифметические операторы
+
+
+
+

Логические операторы





Операторы сравнения
+
+
+
+

Обращение к нескольким таблицам
Возможно
возможно


нет
нет

Вычисления в запросах
+
+
нет
+

Функции
Массивы, преобразование, база данных, Дата/время, по подмножеству, Обработка ошибок, финансовые, общие, проверка, математические, сообщения, управления, статистические, текстовые
Математические функции
Функции даты и времени
Строковые функции
Географические функции
Объектные функции



Группировка данных
+
+
+
Нет

Сортировка данных
+
+
+
+


Типы атрибутивных данных в СУБД и ГИС в целом одинаковы, но могут и отличаться, что важно учитывать при операциях импорта-экспорта (табл. ).
Table 13 SEQ Table \* ARABIC 14215. Типы данных в атрибутивных таблицах ГИС и СУБД
Тип данных
СУБД MS Access 2000
ГИС MapInfo 6.0
ГИС WinGIS 2003
ГИС ArcView 3.2

Текстовый (символьный)


+

+

+

+

Числовой

+
+
+
+

Дата/время

+
+
+
+

Денежный

+
-
+
-

Счетчик
+
-
-
-

Логический

+
+
+
+

Поле объекта OLE
+
-
-
-

Гиперссылка

+
-
-
-

Мастер подстановок

+
-
-
-


Создание атрибутивных баз данных может выполняться непосредственно в самих внутренних базах данных ГИС, путем ввода, либо экспортом из форматов электронных таблиц или СУБД (форматы *.xls, *.dbf, *.mdb, *.wk1-wk3, *.txt, *.tab и пр.).
Принципы представления и обработки информации в реляционных СУБД позволяют выполнять операции по созданию, обработке данных не только в крупных организациях, имеющих отдельный штат специалистов в области программирования (лесоустройстве, лесозаготовительных компаниях, государственных региональных органах управления лесами), но и в небольших по численности организациях, связанных с управлением лесным фондом.
В состав атрибутивных баз данных лесного фонда, создаваемых при лесоустройстве, включаются следующие элементы:
- таксационные характеристики выделов, кварталов, получаемые в результате проведения полевых и камеральных работ,
- дополнительные сведения, значимые для конкретного объекта (геоботанические описания, характеристики почв, перечет деревьев, характеристики повреждений и т.д.),
- нормативно-справочная информация, получаемая из специальной литературы, договоров аренды, правительственных документов и др. источников.
В результате множественной обработки баз данных средствами СУБД могут быть получены новые сведения, необходимые для проектирования использования лесов, оценки их количественных и качественных характеристик. Примерами производных характеристик каждого выдела, получаемых в результате обработки данных лесного фонда, являются класс и группа возраста, хозяйственная секция, группа типов леса. С помощью множественной обработки атрибутивных данных участков лесного фонда определяются показатели сортиментно-сортной и товарной структуры, средние таксационные характеристики, размеры лесопользования по видам и по частям лесного фонда (хозяйственным секциям, категориям защитных лесов, арендуемым участкам, лесничествам). При этом средства СУБД позволяют обеспечить единообразный и контролируемый процесс ввода, хранения и обновления первичных данных, их автоматизированную обработку.

Контрольные вопросы к главе 3.1:
Функции ГИС, востребованные в лесном хозяйстве и лесоустройстве РФ.
Атрибутивные данные лесоустройства
Реляционные СУБД – преимущества и недостатки, основные понятия, элементы реляционных баз данных.
Типы связей в СУБД.
Базовые операции реляционной алгебры.
Языки реляционного исчисления. Основные особенности языков запросов QBE, SQL.
Синтаксис оператора SELECT при использовании SQL-запросов.
Составляющие SQL-запросов в СУБД и ГИС
Типы данных в атрибутивных таблицах ГИС и СУБД.
Состав атрибутивных баз данных лесного фонда.















3.3. Управление картографическими данными в ГИС
3.3.1. Особенности работы с картографическими данными в ГИС

Картографические базы данных являются ключевой составляющей ГИС. Отдельные средства и методы геоинформатики по созданию, обработке и представлению пространственных данных заимствованы из картографии. Технологии создания геоинформационных баз данных включают этапы подготовки цифровых топографических основ, создания и оформления картографических слоев в соответствии с картографическими стандартами. Исходными материалами для создания геоинформационных баз данных (информационное обеспечение ГИС) служат картографические источники – топографические, тематические карты, данные дистанционного зондирования, чертежи и абрисы. При геоинформационном проектировании используются картографические термины и понятия. Пользователям ГИС важно знать основы картографии и высшей геодезии для более эффективной и корректной работы с пространственными данными. Но между традиционным картографическим подходом и геоинформатикой существуют различия (табл.).

Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 141515. Базовые понятия в картографии и геоинформатике [ОГ]
Понятия
Картография
Геоинформатика

Масштаб
Базовое понятие. На основе масштаба карты определяется большинство характеристик объектов и карты в целом (характер локализации, степень генерализации, точность определения характеристик, шкалы представления параметров)
Вспомогательное понятие. По выбранным объектам и их характеристикам устанавливается диапазон масштабов, в котором целесообразно отображать модель реального мира

Точность
Понятие, связанное с масштабом (с масштабом связана предельная точность, средняя квадратическая ошибка горизонталей, средняя квадратическая ошибка плановых координат)
Базовое понятие. Для каждого объекта может быть указана точность его описания в зависимости от источника м метода получения информации.

Характер локализации
Понятие, связанное с масштабом. Все объекты на карте делятся на точечные, линейные и площадные
Понятие, связанное со способом использования модели, а не с ее визуализацией

Картографическая проекция
Базовое понятие. Выбор проекции определяется назначением карты, размером территории
Характеристика базы пространственных данных (возможен пересчет проекций)

Пространственная информация
Вся пространственная информация на карте может быть разделена на структурированную (с выделением объектов) и неструктурированную (описанную с помощью полей высот, солености и т.д.). Структурированная, в зависимости от масштаба делится на точечную, линейную, площадную
Структурированная и неструктурированная информация далее описывается с применением той или иной модели пространственных данных. Для каждого элемента пространственной информации желательно определить адекватную модель данных

Атрибутивная информация
Вся атрибутивная информация закладывается в системе условных знаков (легенде) создаваемой карты
Представлена в форме базы данных, где записи содержат всю необходимую информацию об объектах.

Способы картографического изображения (визуализации)
Значки, линейные знаки, изолинии, псевдоизолинии, качественный фон, количественный фон, локализованные диаграммы, точечный способ, ареалы, знаки движения, картодиаграммы, картограммы
Картографическая визуализация в ГИС: визуализация, настраиваемая вручную (для классов объектов или индивидуальных объектов); визуализация атрибутивной информации. Визуализация вручную связана с разработкой системы условных знаков и их ручной настройке для баз данных (с созданием копии бумажных карт). Визуализация атрибутивной информации позволяет на основе пространственных и атрибутивных данных создавать новые тематические карты (для ограниченного числа способов - значки, изолинии, псевдоизолинии, локализованные диаграммы, точечный способ, картодиаграммы, картограммы)


Карта – математически определенное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, показывающее расположенные на ней объекты в принятой системе условных знаков.
Электронная карта - векторная или растровая общегеографическая или тематическая карта, сформированная на машинном носителе (оптическом диске).
Цифровая карта - цифровое выражение векторного или растрового представления общегеографической или тематической карты, записанное в определенном формате, обеспечивающем ее хранение, редактирование и воспроизведение.
слой,
цифровая картографическая основа
Распространенными направлениями использования картографических данных в ГИС служат визуализация карт, тематическое картографирование и картометрические измерения.
3.3.2 Визуализация
Визуализация данных - преобразование цифровых данных в изображение, доступное для восприятия человеком или специальным устройством. Программные средства ГИС обеспечивают визуализацию данных в форме картографических, графических, виртуально-реальностных и других изображений (анимации, изображений в неевклидовой метрике), выводимых на монитор компьютера, принтер, плоттер или иное устройство отображения. Для целостного восприятия пространственных данных больше подходит графическая информация, близкая к картографическому изображению с отражением позиционных и непозиционных составляющих. Для управления лесами наиболее приемлемой формой представления пространственной информации являются аналоги стандартных лесных карт (планшетов, планов лесонасаждений), представленные в цифровой форме. Преимущества использования в практической работе цифровых карт лесов вместо бумажных (аналоговых) подтвердились уже на начальных стадиях применения ГИС. Среди этих преимуществ – возможность создания неограниченного числа копий без потери качества, возможность манипулирования с элементами карты (отключение при печати и выводе на экран картографических слоев, изменение атрибутов графических объектов), возможность внесения изменений и дополнений, более «долгий» срок жизни, возможность представления одной и той же цифровой карты в разных масштабах и проекциях.
Возможности ГИС в отношении представления электронных карт часто являются определяющими при выборе программ и технологий. Графическими средствами изображения в картографии и в ГИС служат точки, линии, символы, окружности, многоугольники и другие объекты. Каждый из графических объектов имеет набор управляемых параметров отображения - графические переменные. Параметры отображения хранятся в атрибутивных таблицах данных. Графическими переменными символов служат форма, размер, цвет, тон, внутренняя структура, ориентировка; линий – рисунок, ширина, цвет, тон, внутренняя структура; полигонов – рисунок, цвет, тон, структура.
По локализации на карте пространственные объекты разделяются на:
- внемасштабные (объекты, размеры которых не передаются в масштабе карты),
- линейные (объекты, ширина которых не передается в масштабе карты),
- площадные (объекты, все размеры которых передаются в масштабе карты).
Основной задачей визуализации картографических данных является создание удобного и наглядного представления информации для решения поставленных задач. Даже использование типовых тематических карт лесов (по проектируемым хозяйственным мероприятиям, преобладающим породам и группам возраста) существенно упрощает процесс планирования мест рубок. Кроме лесных карт, создаваемых при лесоустройстве, на основе ГИС лесного фонда возможно создание многочисленных тематических карт для решения задач, связанных с управлением лесами, оценкой лесных ресурсов, ландшафтно-экологическими изысканиями. Совмещение ГИС лесного фонда с данными дистанционного зондирования, транспортными сетями и другими пространственными данными расширяет круг решаемых задач. На основе ГИС лесоустройства возможна оценка состояния лесов, планирование лесозаготовок, оптимизация транспорта леса, оценка возможного ущерба в результате воздействий на леса (например, прокладки трасс дорог, газопроводов, загрязнения промышленными выбросами).
3.3.3. Создание тематических карт
Все карты разделяются на общегеографические и тематические (рис.).




А
б

Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14215. Фрагменты цифровых карт: а – общегеографическая, б – тематическая (по категориям защитных лесов)

Общегеографические карты содержат математическую основу (проекцию, масштаб, компоновку, геодезическую основу), картографическое изображение (гидрография, пути сообщения и средства связи, рельеф, населенные пункты, растительность и грунты и др.), вспомогательное оснащение (легенда, картометрические графики, справочные данные), дополнительные данные (дополнительные карты и профили, текстовые и цифровые, графики, диаграммы).
Тематические карты отличаются от общегеографических наличием тематического содержания (окрашенных областей, линий, картограмм, дополнительных символов). Тематические карты позволяют наглядно оценивать распределение изучаемых объектов, процессов и явлений на территории. Отличием тематических карт от общегеографических является наличие элементов тематического содержания. Существует значительное количество типов и видов тематических карт – природы (геологические, рельефа, почвенные, геоботанические, растительности, ландшафтные, охраны природы), населения (размещение населения по территории, демографическая, этнографическая, антропологическая характеристика), экономики (промышленности, сельского хозяйства, лесного хозяйства, природных ресурсов по отраслям), политические, административные, исторические и др.
Способами картографического изображения, применяемыми на тематических картах служат:
способ локализованных диаграмм (диаграмм, отнесённых к определённым пунктам, точкам) - изображение явлений, имеющих сплошное или полосное распространение, с помощью графиков и диаграмм, помещенных в пунктах наблюдения (измерения) этих явлений (например, диаграммы загрязнения речных вод, приуроченные к гидропостам); локализованные диаграммы часто употребляют для характеристик сезонных и других периодических явлений (годового хода температур, осадков, динамики снегового покрова и т.д.), повторяемости и скорости ветров разного направления (в виде роз ветров), повторяемости и скорости морских течений и т.п.
точечный способ используют для картографирования массовых рассредоточенных явлений с помощью множества точек, каждая из которых имеет определенный «вес», т. е. обозначает некоторое число единиц данного явления (например, показ размещения оленей с помощью точек, каждая из которых означает 1000 голов);

Картодиаграммы и картограммы служат для перевода в наглядный пространственный образ статистических данных (например, по населению), обрабатываемых или публикуемых не по отдельным пунктам или объектам, а суммарно применительно к административному (или другому территориальному) делению.
способ картодиаграмм - изображение абсолютных статистических показателей по единицам территориального деления; показывают распределение явления посредством диаграмм, размещаемых внутри единиц территориальной сетки и выражающих суммарную величину явления (например, количество пашни) в пределах каждой территориальной единицы
способ картограмм - изображение относительных статистических показателей по единицам территориального деления;
Картограммой называют способ изображения средней интенсивности какого-либо явления (средней плотности населения, процента распаханности территории и т.п.) в пределах определённых территориальных единиц, чаще всего административных. При этом каждую территориальную единицу раскрашивают пли штрихуют так, чтобы по насыщенности цвета или силе штриховки можно было судить об интенсивности явления

Способ значков (внемасштабных знаков) используют для объектов, не выражающихся в масштабе карты, и вообще для передачи явлений, локализованных в пунктах. Значки указывают местоположение и вид объектов, а также могут характеризовать их величину, значение, изменение во времени и т.д. (например, значки населённых пунктов, обозначающие тип поселений, численность населения и административное значение). Для передачи характеристик картографируемых объектов используются форма, величина и цвет значков. По форме значки могут быть геометрическими, буквенными и наглядными, напоминающими по рисунку изображаемый объект. Часто употребляют значки геометрической формы, площадь которых пропорциональна количественному показателю объектов, например числу рабочих при картографировании промышленных предприятий или промышленных пунктов.
Линейные значки применяют для передачи, во-первых, геометрических линий политико-административных границ, линий электропередачи и т.д., во-вторых, для объектов линейного протяжения, не выражающихся по ширине в масштабе карты, например для дорог, рек и т.п. Качественные и количественные характеристики линейных объектов передают рисунком (например, различным пунктиром), цветом и шириной значков
Способ изолиний применяется для передачи количественных характеристик непрерывных и постепенно изменяющихся в пространстве явлений (например, рельефа, климатических явлений и др.).
Способ качественного фона показывает разделение территории (её районирование) по тем или иным природным, экономическим или политико-административным признакам. Используется для качественной характеристики явлений, сплошных на земной поверхности (например, для почвенного покрова) или имеющих массовое рассредоточенное распространение (например, для населения). Первоначально разрабатывают классификацию картографируемого явления: далее в соответствии с принятой классификацией делят территорию на однородные в качественном отношении участки (районы, области и т.п.), после чего однотипные участки окрашивают в присвоенный для данного типа цвет или покрывают штриховкой
Ареалы, т. е. области распространения тех или иных явлений (различных видов растений и животных, пахотных земель и т.п.), обозначаются на картах оконтуриванием участка сплошной или пунктирной линией определённого рисунка; окрашиванием или штриховкой ареала и т.д.; многообразие приёмов оформления ареалов позволяет сочетать на одной и той же карте ряд ареалов, даже если они перекрывают друг друга.
Знаки движения применимы к природным и социальным явлениям (морские течения, перелёты птиц, миграции населения, перевозка грузов, направления ударов войск и т.п.). Распространённые графического приёмы, во-первых, векторы (стрелки), различия которых по форме, величине и цвету могут характеризовать скорость, устойчивость, мощность и другие особенности явлений, во-вторых, ленты (полосы) для потоков пассажиров, грузов и т.п., располагаемые вдоль трасс движения; ширина лент обычно выражает мощность потока




Например, в ГИС MapInfo используются следующие способы картографического изображения: диапазоны, столбчатые картодиаграммы, круговые картодиаграммы, значки, плотность точек, отдельные значения, поверхность. Диапазоны предназначены для отображения непрерывных значений, разбитых на группы-диапазоны (например, запаса, возраста насаждений); отдельные значения – для отображения дискретных значений (классов бонитета, хозяйственных мероприятий, категорий земель и пр.); значки - для изображения разных численных значений с помощью символов разного размера, пропорционально численным значениям; поверхность – для отображения непрерывных значений в виде цветовых градаций в растровой форме.
Перечисленные типы тематических карт применимы для разных типов исходных векторных объектов – полигонов (диапазоны, столбчатые и круговые диаграммы, плотность точек, отдельные значения, поверхность), символов (значки, отдельные значения, поверхность), полилинии (диапазоны, отдельные значения, поверхность), точки (отдельные значения, поверхность).
Особенностью тематического картографирования является группировка отображаемых явлений и процессов в небольшое число классов в соответствии с задаваемыми правилами шкалирования. Способы группировки (шкалирования): номинальные (качественные), ранговые или порядковые (качественные), интервальные (количественные), абсолютные (количественные). Со значениями, заданными в разных шкалах, можно выполнять различные операции (табл.).
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 141615. Операции с тематическими картами, построенными на основе применения разных шкал [ОГ]
Наименование шкалы
Сравнение «равно-не равно»
Сравнение «предшествует-последует» или «лучше-хуже»
Вычитание-сложение
Деление-умножение

Номинальная
+
-
-
-

Ранговая
+
+
-
-

Интервальная
+
+
+
-

Абсолютная
+
+
+
+


В номинальной шкале могут задаваться типы леса, древесные породы, виды животных и т.д. В ранговой – классы бонитета, экологическое состояние, уровни антропогенной нагрузки и т.п.; в относительной - все числовые характеристики с условным положением начала отсчета, например, температуры по шкале Цельсия, углов наклона, азимутов и т. п. В абсолютной шкале ноль соответствует абсолютному нулю, отрицательных значений нет. Например, запасы древесины, полноты, классы товарности и т.д.
В базах данных ГИС обычно хранятся первичные значения (результаты измерений, подсчетов, определений), но при представлении этих данных на карте приходится переходить к дискретным шкалам с небольшим числом градаций. Возможности шкалирования (группировки) данных для создания тематических карт отличаются в разных ГИС-приложениях. Способы шкалирования, используемые в ГИС MapInfo, показаны в табл.
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 141715. Способы шкалирования (группировки) при создании тематических карт в ГИС MapInfo.
Способ группировки
Принцип группировки

Равное количество записей
Каждому диапазону принадлежит примерно равное количество записей выделяемых объектов. Если число записей не кратно числу диапазонов, то MapInfo распределит спорные записи по тем диапазонам, к которым ближе значение записи.

Равный разброс значений


Каждый диапазон имеет примерно равную разницу между верхним и нижним значением.

Естественные группы
Диапазоны создаются исходя из предположения, что значения распадаются на несколько отчетливых групп. При этом уменьшаются ошибки и повышается качество представления данных.

На основе дисперсии
Середина среднего диапазона соответствует среднему значению данных; верхний диапазон охватывает значения, превосходящие сумму среднего и дисперсии; нижний диапазон охватывает значения, не превосходящие разность среднего значения и дисперсии.

Квантование


Определяет распределение данных по сегментам, задаваемой другой переменной. При выборе квантования в нижней части диалога появляется меню "По значениям", список которого содержит имена полей таблицы и вызов диалога "Выражение».

Вручную


Выделение диапазонов – произвольное, выполняется пользователем вручную путем указания минимального и максимального значений диапазона.


Состав типовых тематических карт, создаваемых в результате лесоустроительного проектирования и традиционного лесоустройства, показан в табл.

Виды и масштабы тематических лесных карт, составляемых при проектировании лесов

Наименование лесной карты
Масштаб

Лесные карты, прилагаемые к проектам освоения лесов:

Карта-схема расположения лесного участка на территории участкового лесничества

Лесная карта распределения лесов по целевому назначению (категориям защитных лесов)

Лесная карта размещения лесотаксационных выделов, в которых допускается заготовка древесины

Лесная карта размещения существующих и запроектированных объектов лесной инфраструктуры и противопожарных мероприятий

Лесная карта проектируемых мероприятий: санитарно-оздоровительных, лесовосстановительных, по уходу за лесами, по охране объектов животного мира, водных объектов





Лесные карты, прилагаемые к лесохозяйственным регламентам:
Карта-схема лесничества

Карта-схема распределения лесов по целевому назначению и категориям защитных лесов лесничества

Карта-схема местоположения существующих и проектируемых особо охраняемых природных территорий и объектов лесничества

Карта-схема местоположения объектов лесной, лесоперерабатывающей инфраструктуры, объектов, не связанных с созданием лесной инфраструктуры лесничества



Лесные карты, прилагаемые к лесным планам:
Карта-схема зон планируемого освоения лесов области по видам их использования







1:100000


1:100000


1:25000



1:25000




1:25000








1:100000


1:100000




1:100000











1:300000


Виды и масштабы лесных карт, выпускаемых при лесоустройстве

Вид карты
Масштаб карт по разрядам лесоустройства


I, II
III

Планшет лесоустроительный (неокрашенный, с окраской лесных школ)
1:10000
1:25000

План лесонасаждений участкового лесничества (неокрашенный, окрашенный по преобладающим породам и группам возраста, по проектируемым хозяйственным мероприятиям)
1:25000
1:50000

Карта-схема лесонасаждений лесохозяйственного предприятия (неокрашенная, окрашенная по преобладающим породам и группам возраста, классам пожарной опасности)
1:100000
1:100000
1:200000
1:300000

Карта лесов области, края, автономной республики
От 1:600000 и мельче


3.3.4. Вычисление картометрических характеристик в ГИС
К операциям управления картографическими данными в ГИС относят картометрические измерения – определение расстояний, площадей, периметров, координат, углов наклона, экспозиций склонов и других. Преимуществом ГИС-технологий при этом является возможность автоматизации отдельных операций и высокая точность вычислений.
Определение расстояния di между двумя точками на плоскости (в ГИС в проекции Гаусса-Крюгера или план-схема) может выполняться по теореме Пифагора:
13 EMBED Equation.3 1415,
где (13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415) и (13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415) – координаты точек.
Соответственно длина полилинии L, состоящей из отрезков 13 EMBED Equation.3 1415 будет равна
Периметры определяются суммированием длин всех сегментов (сторон) полигонов.
Площади полигонов на плоскости могут определяться путем разбиения их на простые геометрические фигуры с последующим суммированием. Также площадь может рассчитываться по следующей формуле:
13 EMBED Equation.3 1415,
где n – число вершин полигона, 13 EMBED Equation.3 1415- координата n-й вершины, 13 EMBED Equation.3 1415- координата первой вершины.
При использовании разных проекций и измерениях на сфере (а не на плоскости) в формулы вводятся необходимые поправки.
Также к картометрическим операциям в ГИС относится определение объемов тел, ограниченных поверхностями (например, для оценки объемов земляных работ)
Подобные формулы используются и для вычисления картографических величин в растровых моделях данных, но при этом результаты менее точные (в зависимости от размера ячейки растра).
В табл. приведены распространенные картометрические функции, которые могут использоваться в SQL-запросах к пространственным данным в ГИС MapInfo.
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 141815. Примеры картометрических функций в SQL-запросах ГИС MapInfo
Синтаксис функции
Содержание

Area(obj,str)
Возвращает площадь объекта (Параметр str задает единицы измерения, такие как "sq mi" и "sq km")

CentroidX(obj)
Возвращает X-координату центроида

CentroidY(obj)
Возвращает Y-координату центроида

Distance(num_x,num_y,num_x2,num_y2,str)
Возвращает расстояние между двумя точками, заданными координатами. Параметр str задает единицы измерения, такие как "mi" и "km".

ObjectLen(obj,str) Только объекты типа "дуга, "линия" и "полилиния" имеют ненулевую длину.

Возвращает длину объекта. Параметр str задает единицы измерения, такие как "mi" и "km".

Perimeter(obj,str)

Возвращает периметр объекта. Параметр str задает единицы измерения, такие как "mi" or "km". Только объекты типа "эллипс, "область" и "прямоугольник" имеют ненулевую длину. .


В ГИС лесоустройства картометрические функции используются для определения площадей выделов и кварталов, длин линейных объектов (рек, ручьев, дорог, просек). При внесении изменений и дополнений в базы данных пересчитываются площади существующих и определяются площади новых выделов, определяются координаты объектов. Картометрические функции могут использоваться при планировании лесозаготовок, строительстве дорог, позиционировании объектов.

Контрольные вопросы к главе 4:
Картографические данные в ГИС.
Сходство и различия фундаментальных понятий картографии и геоинформатики.
Преимущества использования цифровых карт лесов.
Визуализация картографических данных в ГИС – графические средства изображения, графические переменные, локализация пространственных объектов на карте
Содержание общегеографических и тематических карт
Способы картографического изображения, применяемые на тематических картах.
Способы группировки (шкалирования) при создании тематических карт
Виды и масштабы лесных карт, создаваемых при лесоустройстве
Состав тематических лесных карт, составляемых при проектировании лесов
Вычисление картометрических характеристик в ГИС.






3.4 Пространственный анализ в ГИС
3.4.1 Цели пространственного анализа
Возможность совместного анализа картографической и тематической информации является главным признаком, отличающим геоинформационные системы от баз данных, электронных карт, систем автоматического проектирования, экспертных систем. Целями пространственного анализа в ГИС являются:
- изучение закономерностей в структуре или особенностей распределения объектов и их характеристик в пространстве
- изучение наличия и видов взаимосвязей в пространственном распределении нескольких классов объектов или отдельных характеристик
- изучение тенденций развития процессов и явлений в пространстве и во времени
- выбор решения с учетом пространственных характеристик.
Возможности пространственного анализа ограничиваются выбранным программным обеспечением и моделями данных (растровыми или векторными).
Применение пространственного анализа при управлении лесами средствами ГИС имеет существенные перспективы и может принести значительный эффект (как экономический, так и лесоводственный). Большинство задач практического управления лесами связано с оценкой размещения участков лесного фонда по территории и относительно друг друга. Примеры пространственных запросов, постоянно решаемых в лесном хозяйстве:
- поиск выделов с определенными таксационными характеристиками на картах,
- оценка размещения выделов, относительно границ лесного фонда, дорог, ориентиров (открытых пространств - вырубок, гарей, болот; покрытых лесом земель, резко отличающихся по таксационным характеристикам; линейных объектов - линий электропередач, квартально-визирной сети и пр.) для поиска участков в натуре, выбора оптимальных подходов при выполнении хозяйственных мероприятий,
- группировка участков для планирования хозяйственной деятельности с учетом видов рубок, типов лесорастительных условий, сезона, лесозаготовительной техники,
- выбор оптимальных путей и расположение персонала и техники при патрулировании лесов (охрана от пожаров, нелегальных рубок),
- планирование лесозаготовок и транспорта леса,
- размещение предприятий по хранению и обработке древесины,
- внесение изменений в геоинформационные базы данных.
На данный момент специалисты отмечают недостаточный уровень использования операций пространственного анализа при управлении лесами. Типовые задачи пространственного анализа, реализуемые в ГИС – задачи пространственного размещения объекта, оптимального распределения ресурсов, выбора оптимальных маршрутов, районирование территории по комплексу признаков соответствует задачам управления лесами, но на сегодняшний момент не имеют технологических решений на практике.

3.4.2 Пространственные запросы
Обращение к пространственным данным в ГИС может осуществляться средствами запросов, аналогично запросам к атрибутивным данным. Основанием для поиска объектов служат особенности их взаимного расположения в пространстве, а не только атрибутивные характеристики. Также важен тип пространственных объектов и моделей данных (векторные объекты - полигоны, линии, точки, растровые объекты).
Для полевой модели данных возможны операции, связаны с функциями поля (локальные, фокальные, зональные операции), для объектных – с базисными пространствами (множественно-ориентированное, топологическое, пространство направлений, метрическое).
таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 141915. Операции с полевыми моделями данных в ГИС
Операции
Содержание
Пример

Локальные
значение ячейки в новом растре зависит исключительно от значения той же ячейки в исходном растре
(пороговая обработка)=Реклассификация (ДЗГИС), как с одним классом объектов, так и весовыми коэффициентами по какому-либо критерию

Фокальные
значение ячейки в новом растре зависит от значения той же ячейки в исходном растре и от окружающих. Окрестности – ладья, слон, ферзь.=Фильтрация (анализ окрестности)
Фильтрация Часто используется при обработке ДДЗ для подавления шума, показа экспозиции рельефа, графики профиля или сечения рельефа

Зональные
значения ячейки в новом растре является функцией исходной ячейки, а также значенией других ячеек, заданной другим растром.



Глобальные
значения ячейки в новом растре является функцией всех ячеек исходного растра





А

1
2
3

3

2
4
1
3

2
2
2
5

1
1
4
4



0
0
1
1

0
1
0
1

0
0
0
1

0
0
1

1




Б












































В














































Г














































Д














































Г









Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14315. Операции с полевыми (растровыми) моделями данных в ГИС:
а – локальная (пороговая обработка); б – окрестности ячейки (ладья, слон, ферзь); в – фокальная сумма; г – зональная сумма
зависит
Алгебра изображений (от алгебры карт) – с 287. ПД


Операции, связанные с объектной моделью данных, классифицируются на основе их математических свойств [ОПД].
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 142015. Операции с объектными (векторными) моделями данных в ГИС:













Топологические операции в ГИС включают применение топологических условий к пространственным данным в запросах. Обобщенная форма запросов: “найти все объекты, находящиеся в топологическом отношении R с данным объектом”; “в каком топологическом отношении находятся объекты A и B?”
Примеры запросов с топологическими условиями – “пересекается ли лесная дорога с ручьями или реками?”, “выбрать все выдела с высокими классами пожарной опасности в 50-метровой зоне вдоль автомобильных дорог?”
Топологические условия в запросах к разным типам пространственных данных (полигонам, точкам, полилиниям) могут отличаться, так как не для всех пространственных объектов существует одинаковый набор топологических отношений.
Варианты возможных топологических отношений между двумя полигонами A и B показаны на рис. При этом логическая запись условия может быть представлена в форме матрицы девяти пересечений [1].
Различия записи условий заключаются в вариантах перекрытия трех составляющих полигонов – внешней области (13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415), внутренней области (13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415) и границы (13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415).
13 EMBED Equation.3 1415

[1]

При обращении к объектам полигональных слоев могут использоваться следующие условия: “соприкасаются” (“граничат с”), “на расстоянии”, “cодержат”, “содержатся”, “полностью содержат”, “полностью содержатся в”, “перекрывают”, “пространственно равны” (рис).



Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14415. Матрица девяти пересечений между двумя полигональными объектами A и B на плоскости (Egenhofer et al., 1989 ОПД): а – Объекты A и B не пересекаются (на расстоянии), б – Объект А содержит объект В (полностью содержит), в – Объект B внутри объекта A (полностью содержится внутри), г – Объект A пространственно равен объекту B, д – Объект A соприкасается (граничит) с объектом B, е – Объект A покрывает объект B, ж – Объект B покрыт объектом A, з - Объект A перекрывает объект B

Подобным образом могут описываться топологические операции между другими наборами пространственных объектов.
В ГИС MapInfo топологические условия в запросах определяются с помощью географических операторов Contains ("Содержит"), Contains Entire ("Полностью содержит"), Within ("Внутри"), Entirely Within ("Полностью внутри"), Intersects ("Пересекает"). Пример запроса на поиск объектов по топологическим условиям показан на рис.









рисунок 13 SEQ рисунок \* ARABIC 14515. Поиск объектов по топологическим условиям: а - условие запроса, б – результат запроса

Распространенной операцией пространственного анализа в ГИС является наложение объектов разных картографических слоев (оверлей). Наложение слоев может выполняться как для векторных, так и для растровых объектов. Для векторных слоев применяются три основных типа наложения - точки на полигоны, линии на полигоны, полигоны на полигоны (рис из ДЗ).












Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14615. Варианты наложения слоев в ГИС


Преимущества растрового наложения слоев (ГИСДЗ):
Возможность использования математических операций над изображениями
Различные варианты объединения данных и их анализа
Возможность использования карт в качестве переменных при записи формул для построения пространственных моделей



Примеры наложения полигональных слоев в MapInfo показаны на рис.
13 EMBED PBrush 1415


А
Б




В
Г





Д
Е

Рис. Наложение полигональных слоев (оверлей) в ГИС MapInfo: а – исходные картографические слои (лесоустроительный квартал и границы отвода делянки), б – таблица атрибутивных характеристик квартала, в – процесс выбора изменяемого объекта при наложении (функция “удалить внешнюю часть”), г – условие, д – результат функции “удалить внешнюю часть”, е – “удалить часть”, ж– результат функции “разрезать”

Оверлейные операции, подобные изображенным на рис., используются при внесении изменений в геоинформационные базы данных лесоустройства (переводе и изъятии земель, отводе лесосек, уточнении характеристик выделов после проведения лесохозяйственных мероприятий). Важной особенностью операций наложения слоев является возможность определения атрибутивных характеристик новых объектов (площадей, запасов, нумерации выделов) на основе существующих.








Рисунок 52. Выдела, входящие в текущее изменение. Синим – части выделов, вошедшие в ТИ (делянку), желтым – части выделов, затронутых изменением.



Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 142115. Примеры пространственных запросов в ГИС (согласно ГОСТ ГОСТ Р 52438-2005)
Наименование пространственного запроса
Содержание
Примеры применения в ГИС лесного фонда

Объект в полигоне
поиск пространственных объектов внутри или вне области, образованной кругом, прямоугольником или фигурой произвольной формы
Поиск выделов внутри 1-км зоны вокруг населенных пунктов (водоемов, дорог, делянок)

Объект в базе
Поиск объектов в базе пространственных данных по их координатам или функциям от них
Поиск выделов, ближайших к заданной точке (перекрестку дорог, населенному пункту)

Оверлей топологический
Наложение двух или более полигональных объектов, в результате которого образуется новый слой, состоящий из фрагментов исходных полигональных объектов и наследующий их координатные, атрибутивные данные и топологические отношения
Определение характеристик частей выделов, попадающих в отводимую делянку (полосу отвода трассы автомобильной или железной дороги, ЛЭП, газопровода и пр.)

Оверлей графический
Графическая композиция, получаемая наложением двух или более слоев
Выявление мест пересечений лесных дорог и ручьев

Точка в полигоне
определения принадлежности точечного пространственного объекта полигональному объекту
Поиск кварталов (выделов), где работают лесозаготовительные бригады, обозначаемые на карте точками вручную или с помощью GPS

Линия в полигоне
определения принадлежности линейного пространственного объекта полигональному объекту
Выявление выделов, пересекаемых лесными дорогами

построение буферной зоны
Порождение полигонального объекта, граница которого образована линией, равноудаленной от точечного, линейного или полигонального объекта
Построение буферных зон вокруг водоемов, населенных пунктов, дорог





Контрольные вопросы к главе 5:
Цели пространственного анализа в ГИС
Пространственные операции с полевыми (растровыми) моделями данных в ГИС
Пространственные операции с объектными (векторными) моделями данных в ГИС
Оверлейные операции для векторных и растровых объектов.

4. ГИС-технологии в лесном хозяйстве и лесоустройстве РФ

4.1 Основные этапы создания ГИС лесного фонда
Основными этапами работ по созданию ГИС лесного фонда являются создание картографических и атрибутивных баз данных, их совмещение и анализ (табл. ).

Таблица. 5. Создание ГИС лесоустроительного назначения.
Этапы работ
Содержание работ

Создание атрибутивной базы данных на объект лесоустройства.
- определение нормативно-справочной информации на объект лесоустройства;
- ввод карточек таксации;
- контроль атрибутивной базы данных

Создание картографической базы данных.
- создание цифровой картографической основы;
- оцифровка лесоустроительных элементов (кварталов, выделов)
- присвоение атрибутов картографическим объектам

Создание геоинформационной базы данных
- совмещение атрибутивной и картографической баз данных
- тематические карты
- перенос площадей в атрибутивные базы данных

Анализ данных
- выборки по запросам;
- создание тематических карт;
- лесоустроительное проектирование

Представление результатов анализа
- подготовка к печати и печать карт, отчетов, таксационных описаний


Различия в процессе создания ГИС лесного фонда между отдельными регионами РФ могут быть связаны с особенностями используемой технологии, программным обеспечением, ландшафтно-географическими и экономическими особенностями лесов регионов.
В целом технологии создания ГИС лесного фонда однородны и соответствуют по содержанию основных этапов обобщенной схеме (табл. ). Технологические различия могут касаться отдельных стадий работ:
- выбора исходных картографических материалов (космических снимков, топографических карт, данных натурных геодезических работ и пр.),
- выбора размера территории для цифровой картографической основы (отдельные лесоустроительные планшеты, все участковое лесничество, все центральное лесничество, административный район и т.д.),
- способа векторизации (оцифровки) растровых данных (вручную, в полуавтоматическом и полностью автоматическом режиме),
- размещения пространственных данных на слоях ГИС (все объекты размещаются на отдельных слоях, комбинация объектов по слоям по тематическому или иному принципу),
- атрибутирования пространственных данных (наличия одного слоя, совмещенного с атрибутивной информацией, нескольких слоев в т.ч. линейных объектов – дорог, рек, линий электропередач и пр.),
- способов обработки данных о лесном фонде (применение оригинальных программ, языков программирования, SQL-запросов, пространственного анализа).
Общими недостатками технологий ГИС-лесоустройства являются консервативность и закрытость форматов баз данных, применяемых для их обработки и представления программ, возможные сложности с координатной привязкой пространственных данных. Негативными последствиями при этом могут быть затруднения, связанные с совмещением ГИС лесного фонда с пространственными данными из других источников (а также ГИС лесного фонда, выполненными по другим технологиям).


4.2 Цифровые картографические основы

Создание цифровых картографических основ является ключевым этапом в технологии создания ГИС. Качество цифровой основы впоследствии отражается на качестве формируемых тематических слоев. От выбранных исходных элементов математической основы (масштаба, проекции, системы координат), видов картографических материалов (топографических карт, космически снимков, лесных карт, фотопланов), их свойств (масштаба, проекции, разрешения, искажений), методов их совмещения в ГИС будут зависеть показатели точности картографических измерений, характеристики положения и форм объектов, возможности совмещения с другими картографическими данными.
Источниками данных для создания ЦКО, как правило – топографические карты, построенные в равноугольной поперечной цилиндрической проекции Гаусса-Крюгера с отображением эллипсоида на плоскости по шестиградусным зонам, с сеткой плоских прямоугольных координат. При создании ГИС лесоустройства материалами для создания ЦКО служат:
- растры топографических карт,
- фотопланы (совмещенные растры аэрофотоснимков на объект лесоустройства),
- картографические материалы предыдущего лесоустройства (квартальная сеть),
- данные полевых топографо-геодезических съемок (ходы, отводы),
- данные GPS-съемок.

Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 142215. Исходные материалы для создания цифровых картографических основ
Картографические материалы
Преимущества
Недостатки

Топографические карты (бумажные)
Наиболее детальная информация
Ограниченный доступ к крупномасштабным картам, использование устаревших карт

Топографические карты (цифровые)



Лесные карты прежнего лесоустройства



Фотопланы (ортофотопланы)




К типичным недостаткам бумажных карт (топографических, лесных), по сравнению с цифровыми, созданными в ГИС относят:
неизвестность математической основы (отсутствие сеток, сведений о проекции, эллипсоиде);
недоучет генерализации изображения при создании карт;
возможная неактуальность содержания (разновременность создания отдельных листов карт, старение информации)
отсутствие связи между картографическим изображением и атрибутами (у картограмм и картодиаграмм – после определенного времени для построения нужно учитывать новые атрибутивные данные).
При создании цифровых основ выполняется оцифровка (векторизация) аналоговых источников, либо используются уже готовые цифровые карты (рис. ).
Общий порядок создания цифровых картографических основ в ГИС предполагает следующую последовательность выбора элементов математической основы: выбор фигуры, характеризующей форму Земли, системы координат, системы проекций и зоны.
При создании ГИС лесоустройства на территории России обычно выбираются следующие элементы – эллипсоид Красовского или Молоденского, система координат СК-42, система проекций Гаусса-Крюгера.
Для совмещения исходных картографических данных, выполненных в разных проекциях и системах координат, могут использоваться проекционные преобразования.
Выбор конкретных картографических проекций при создании ГИС связан
со свойствами картографируемой территории (размерами, конфигурацией, географическим положением, структурой),
с требованиями, предъявляемыми к будущей карте (назначением, точностью),
со свойствами проекций (величинами и распределением искажений, кривизной меридианов и параллелей).
Цифровая картографическая основа в ГИС служит графической подложкой, на основе которой создаются производные тематические слои. К слоям ЦКО в ГИС лесоустройства относится ограниченный набор картографических слоев – внешние и внутренние границы объекта, дороги, гидрография, населенные пункты, данные спутникового геопозиционирования или других привязок, выполненных на местности.

4.3 Преобразование растровых изображений
В процессе создания ГИС используются разнообразные картографические данные – топографические карты, аэрофотоснимки, чертежи и выкопировки документов с границами делянок, границами лесного фонда и др.. Исходные материалы могут быть выполнены в разных масштабах и системах проекций. Для совмещения перечисленных картографических материалов в ГИС выполняется их сохранение в виде файлов изображений (как правило, путем сканирования и сохранения в растровом виде) и трансформирование. Трансформирование координат - операция с координатами пространственных объектов при переходе от одной координатной системы отсчета к координатной системе отсчета, основанной на других датах. При трансформировании координат используют параметры, которые могут быть определены опытным путем с использованием набора пунктов, общих для обеих координатных систем отсчета []. Операция трансформирования может применяться как к растровым, так и к векторным данным. Исходные картографические материалы могут быть разнородными и разномасштабными, смещенными относительно друг друга и выполненными в разных системах координат и проекций.
В процессе создания ГИС лесного фонда трансформирование координат растров топографических карт (или других исходных картографических материалов) выполняется на этапе создания цифровых картографических основ. Затем на слои цифровых картографических основ выполняется трансформирование растровых изображений отдешифрированных фотоабрисов.
Процесс преобразования растров в целом включает следующие операции: последовательный выбор пар опорных точек (на слоях ГИС-проекта и на растре), количественная оценка расхождений, преобразование растра с сохранением на отдельном слое. При создании цифровых картографических основ опорными точками могут служить узлы картографической или километровой сетки топографических карт, опорные кресты планшетов, геодезические пункты, точки с известными координатами. При совмещении фотоабрисов со слоями цифровой основы в качестве опорных точек выбираются места, хорошо опознаваемые на аэрофотоснимках и слоях цифровой основы (перекрестки дорог, квартальных просек, устья ручьев, повороты речек, углы зданий, контуры лесов, сельскохозяйственных угодий и пр.).






























Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14715. Выбор опорных точек: а - при создании цифровой основы, б – при совмещении фотоабрисов на цифровую основу

Способы трансформирования растровых изображений в ГИС выбираются в зависимости от применяемого программного обеспечения, требуемой точности результатов, качества исходных материалов (наличия и характера искажений, четкости в отображении отдельных деталей). Базовые процессы, лежащие в основе трансформации показаны в табл. и рис.


Условные обозначения:
13 EMBED Equation.3 1415- первая система координат (до преобразования)
13 EMBED Equation.3 1415- вторая система координат (после преобразования)
13 EMBED Equation.3 1415- координаты точки в первой системе координат;
13 EMBED Equation.3 1415 - координаты точки во второй системе координат;
13 EMBED Equation.3 1415- сдвиг начала координат второй системы координат, относительно начала первой системы координат,
13 EMBED Equation.3 1415- коэффициент масштабирования,
13 EMBED Equation.3 1415 - угол поворота (от оси OX против часовой стрелки)
Тип искажения
Количество точек
Формула
Характер искажения

Сдвиг (перенос)
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
смещение изображения по осям X и Y без изменения размера и формы

Масштабирование
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415


изменение масштаба изображения со сдвигом, или без

Наклон (перекос)


Наклон по оси X и / или Y

Поворот

13 EMBED Equation.3 1415


Сдвиг, поворот, масштабирование по двум точкам
2
13 EMBED Equation.3 1415


Аффинное преобразование (полином 1-й степени)


3
13 EMBED Equation.3 1415
сдвиг, поворот, масштабирование, перекос

Преобразование полиномами 2-й степени

6
13 EMBED Equation.3 1415
Более эффективно, чем аффинное при сложном характере растяжения точек. , не сохраняет прямые линии.


Преобразование полиномами с большими показателями степени (3-й, 4-й, 5-й) выполняется аналогично, но с большим количеством опорных точек. Необходимость их использования возникает тогда, когда аффинное или полиноминальное 2-й степени не дают желаемого результата. При полиноминальных преобразованиях, в отличии от аффинного возможно получение неравномерной деформации – с минимальными отклонениями исходных точек от преобразованных, но с расхождениями в периферийных частях изображения. Такой результат можно использовать, если деформация исходных материалов неравномерна и нет гарантии достаточно точного задания опорных точек.


сдвиг
масштабирование
наклон
перекос

Линейные преобразования





Нелинейные преобразования






























Математически задача трансформирования координат состоит в поиске таких коэффициентов преобразования 13 EMBED Equation.3 1415, при которых будет наименьшее расхождение между координатами заданных точек трансформации и значениями этих точек в новых координатах. При этом координаты точек в исходной и конечной системах координат известны. Итогом трансформирования является пересчет значений координат каждого пиксела растрового изображения в соответствии с выбранными уравнениями и полученными коэффициентами.
Минимальное количество опорных точек при трансформации t-го порядка можно определить по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415
[]

Процедура трансформации растров на элементы цифровой картографической основы носит субъективный характер. От качества преобразования зависят искажения линейных объектов (ручьев, дорог, границ), форма и атрибуты площадных объектов (искажения формы выдела могут отразиться на его площади и, как следствие запасах древесины).
На качество трансформации влияют качество исходных материалов (искажения, деформация, изношенность, актуальность, наличие опознаваемых на основе и картографических материалах общих точек), выбранный способ трансформации, количество и расположение опорных точек.
При выполнении трансформации растровых изображений важен выбор опорных точек. В качестве опорных точек можно выбирать элементы топографической ситуации, а также однозначно опознаваемые на снимках отдельные объекты и их части – перекрестки и повороты дорог, квартальных просек, границы вырубок, отдельные группы деревьев, здания, вышки.


Основные технологические подходы к созданию ГИС лесоустройства:
Общий порядок и основные операции по созданию ГИС лесоустройства
Исходные материалами для создания ЦКО ГИС
Элементы математической основы ГИС
Общий порядок создания цифровых картографических основ
Выбор конкретных картографических проекций при создании ГИС
Основные методы преобразования плоских систем координат
Порядок трансформации растровых изображений на элементы цифровой основы
Слои ЦКО в ГИС лесоустройства
Порядок векторизации лесоустроительных элементов





4.4 Основные направления применения ГИС в лесной отрасли
4.4.1 Инвентаризация лесного фонда и расчеты использования лесных ресурсов
Цель применения геоинформационных технологий при лесоустроительной инвентаризации – получение достоверной информации о лесах для последующего проектирования лесохозяйственной деятельности и определения допустимых объемов использования лесов.
Исходными материалами служат результаты лесотаксационной инвентаризации (материалы полевых работ – карточки таксации, отдешифрированные аэрофотоснимки), сведения о природно-географических особенностях объекта, нормативно-справочная информация.
Основной результат применения ГИС–технологий – сформированные геоинформационные базы данных объектов лесоустроительного проектирования. На основе сформированных баз данных получают набор сведений о лесном фонде – статистические сведения, тематические карты, расчеты лесопользования по видам.
Применение геоинформационных технологий при лесоустроительной инвентаризации кроме самого процесса создания баз данных (раздел ) включает дополнительные операции, связанные с проектированием, контролем лесохозяйственных мероприятий и расчетами пользования лесами. В целом процесс применения ГИС-технологий при инвентаризации лесов включает следующие этапы: сбор первичной информации и ее подготовка для ввода, формирование характеристик нового объекта базы данных (кодирование объекта, ввод нормативно-справочной информации), создание геоинформационной базы данных (раздел ), определение дополнительных характеристик на основе баз данных (расчет производных показателей для выделов и их групп – определение принадлежности к хозяйственным секциям, группам и классам возраста, возраста рубки, допустимости выполнения определенных видов пользования), назначение хозяйственных мероприятий, расчеты пользования лесами по видам.
Обработка данных при расчетах, как правило, выполняется средствами СУБД – выборками, запросами, множественной корректировкой, макросами и пр. Алгоритм расчетов использования лесов, связанного с рубками, содержит обращения к базам данных с помощью запросов и расчеты на основе стандартных формул определения лесосек с учетом ограничений (неистощительности, непрерывности пользования). Результаты расчетов - варианты возможных лесосек по конкретным видам рубок на ревизионный период (площади, запасы) обсуждаются представителями лесоустройства, управления лесами, лесопользования. Выбирается оптимальный с позиций реальных лесохозяйственных условий результат, который и применяется при проектировании.
4.4.2 Проектирование использования лесов
Цель применения ГИС при проектировании лесов - получение необходимых сведений по видам использования лесов и лесному фонду для выполнения лесохозяйственных мероприятий и управления лесами.
Применение ГИС-технологий при проектировании использования лесов возможно по всем видам использования лесов, указанным в Лесном кодексе.
Основными документами лесного планирования на данный момент являются лесные планы, лесохозяйственные регламенты и проекты освоения лесов.
Исходными данными при этом служат геоинформационные базы данных объектов проектирования (регионов, центральных и участковых лесничеств, территорий аренды), материалы расчетов использования лесов.
Результаты проектирования – базы данных, тематические карты, сведения о лесном фонде, ведомости лесохозяйственных мероприятий.
4.4.3 Внесение изменений в базы данных
Одной из наиболее трудоемких процедур при работе с базами данных лесного фонда считается внесение текущих изменений, связанных с хозяйственной деятельностью. Необходимость внесения изменений в базы данных лесоустройства определяется интенсивностью изменений в лесном фонде, спросом на достоверную и современную информацию о лесах (со стороны лесопользователей и контролирующих организаций). Процесс внесения изменений в геоинформационные базы данных подразумевает корректировку картографической и атрибутивной информации с сохранением их связности и соблюдением необходимых требований к качеству баз данных. Процедура внесения изменений требует достаточной квалификации исполнителей в области лесоустройства, лесного хозяйства и информационных технологий.
К текущим изменениям в лесном фонде относятся изменения, связанные с естественными и антропогенными причинами (пожарами, рубками, изменением границ, уточнением таксационных характеристик, инвентаризацией лесных культур и пр.
4.4.4 Обработка данных лесосечного фонда
Обработка данных лесосечного фонда актуальна для управления лесами в лесничествах и организациях, занимающихся лесопользованием. Традиционными задачами обработки данных лесосечного фонда являются – уточнение характеристик лесосечного фонда перед выполнением лесохозяйственных мероприятий; подготовка необходимой документации (ведомостей, чертежей отводов, технологических схем); обработка данных натурных работ (перечетов деревьев, промеров углов и расстояний).
4.3.5 Ведение лесного хозяйства
Управление лесами направлено на обеспечение работы подразделений управления лесным хозяйством разных уровней в соответствии с действующим законодательством. Исходными данными для работы являются материалы лесоустройства (базы данных, таксационные описания), материалы натурных обследований (материалы отводов, данные фитопатологического обследования). Задачи ГИС лесного хозяйства:
- поиск необходимой информации в базах данных лесоустройства (таксационные описания, фрагменты лесных карт, ведомости, отчеты), вывод на экран, печать
- внесение текущих изменений в базы данных (после пожаров, рубок, изменения границ,
уточнения таксационных характеристик, инвентаризации лесных культур и пр.),
- обработка данных лесосечного фонда (материально-денежная оценка лесосек, печать бланков и ведомостей, абрисы и технологические карты делянок)
- составление ежегодного учета лесного фонда по лесхозу

Перспективными направлениями использования информационных технологий могут быть новые задачи управления лесами: кадастровая оценка земель, государственная инвентаризация лесов, мониторинг лесопользования, оценка характеристик устойчивого управления лесами, обработке данных дистанционного зондирования, учету и контролю лесохозяйственной деятельности.

Контрольные вопросы к главе 7:

Применение ГИС-технологий для инвентаризации лесов и расчетов использования лесных ресурсов
Задачи программного обеспечения ГИС лесного хозяйства
Применение ГИС-технологий для внесения текущих изменений в базы данных лесного фонда
Применение ГИС-технологий для обработки материалов лесосечного фонда

5. Интеграция ГИС лесоустройства с другими технологиями и пространственными данными



Перспективные направления развития ГИС-технологий для управления лесами:

Совершенствование процесса полевых работ за счет применения современных электронных лесотаксационных приборов, средств геопозиционирования, мобильных устройств с ГИС-приложениями, программами для ввода и обработки данных в полевых условиях (обработка данных перечета пробных площадей, подеревной таксации лесопарков, материально-денежной оценки)
Совершенствование технологий создания геоинформационных баз данных
Создание и развитие связей между разработчиками и потребителями ГИС-баз данных (удаленный доступ, интернет)
Развитие работ по лесоустройству, проектированию лесопользования, контролю лесохозяйственной деятельности










Такие преимущества ГИС-технологий как возможность одновременного управления картографическими и табличными данными, возможность интегрирования пространственных данных в перспективе могут использоваться во многих направлениях, связанных с лесным хозяйством.
Лесные ресурсы, как правило, распределены по территории неравномерно. Состав и продуктивность лесов тесно связаны с ландшафтно-географическими и экономическими факторами, свойственными для изучаемой территории. При инвентаризации лесов, планировании хозяйственной деятельности, организации оперативной работы в лесу сведения о пространственном положении объектов (деревьев, выделов, делянок, лесозаготовительных бригад, дорог, рек, населенных пунктов и пр.) имеют существенное значение. Поэтому дальнейшее развитие ГИС-технологий в управлении лесами будет происходить как в традиционных направлениях лесного дела (лесоустройство, лесное хозяйство, лесозаготовки), так в новых, связанных с совершенствованием процесса управления лесами, изменениями в лесном законодательстве.
В направлении практической реализации положений устойчивого управления лесами ГИС-технологии могут применяться при организации лесной сертификации, различных видах мониторинга лесов (экологического, пожарной опасности, фитопатологического, мониторинга лесопользования), ландшафтно-экологическом планировании лесохозяйственной деятельности.
Среди актуальных направлений деятельности лесоустройства – использование ГИС-технологий для решения задач государственной лесной инвентаризации, создание проектных материалов разного уровня (лесных планов, регламентов, проектов освоения лесов, проектов благоустройства лесов зеленых зон и садово-парковых объектов), совершенствование существующих технологий создания ГИС лесоустройства.
Перспективны направления, связанные с изучением распределения и количества недревесных ресурсов лесных экосистем на основе ГИС-технологий. Совмещение лесоустроительной информации с дополнительными данными и технологиями позволяет оценивать количество и доступность различных лесных ресурсов и полезностей леса (рекреационные и эстетические качества, количество детрита, ресурсы древесного топлива, охотничьей фауны). Для оценки количества и состояния определенных видов лесных ресурсов (лесов, поврежденных пожарами, болезнями, нелегальными рубками, лесов в зоне строительства новых дорог и линий электропередач) могут использоваться методы наложения картографических слоев с данными дистанционного зондирования и слоев с характеристиками лесного фонда.
На основе сведений о потенциальном количестве и размещении лесных ресурсов, близости дорог, населенных пунктов и других важных объектов (пунктов приема или переработки древесины, речных портов, железнодорожных станций, особо охраняемых природных объектов) средствами ГИС может выполняться оценка целесообразности строительства или развития предприятий по деревообработке. Например, определение количества доступных ресурсов древесины для нужд целлюлозно-бумажного комбината или котельных на биотопливе на долгосрочный период на региональном уровне.
На локальном уровне управления лесами ожидается развитие ГИС-технологий в направлении повышения точности определения положения объектов на местности - совмещением с данными спутникового геопозиционирования, данными дистанционного зондирования, электронными данными геодезических (кадастровых) съемок местности.
Ожидается развитие ГИС-технологий, ориентированных на работу в сети Internet (с возможностью просмотра и редактирования геоинформационных данных в сети разными пользователями).
Дальнейшее развитие ГИС-технологий для оценки разнообразных ресурсов, функций и состояния лесных экосистем может осуществляться вовлечением в технологические цепочки дополнительных программ и методов, расширяющих имеющиеся в ГИС возможности анализа и обработки данных. Так для создания отдельных частей ГИС лесного фонда (цифровой основы, векторных слоев, набора опорных точек) привлечение иных средств - программ, приложений, технологий может быть необходимо для повышения точности, оптимизации технологических этапов, автоматизации отдельных ручных операций, стандартизации выходных картографических или атрибутивных материалов. Технологии ГИС при этом могут использоваться на отдельных стадиях – для совмещения всех накопленных данных, анализа, представления, печати.
Наложение картографических слоев с характеристиками отдельных компонентов ландшафтов средствами ГИС позволяет принимать более обоснованные решения по управлению лесами. В качестве исходных картографических слоев могут служить слои с характеристиками лесной растительности, рельефа, почв, подстилающих горных пород. После совмещения слоев средствами пространственного анализа ГИС (для векторных или растровых слоев) образуются производные слои с результатами пространственных операций, например, места, оптимальные для проведения рубок в зимнее время, места для создания лесных культур на склонах, участки леса, привлекательные для рекреации.
Для учета, обработки и отображения объектов садово-паркового хозяйства - отдельных деревьев, клумб, скульптуры, сооружений, дорожек, прудов возможно использование ряда технологий и программ на основе ГИС. Так для создания картографической основы, совмещаемой затем с землеустроительными данными, целесообразно использовать средства систем автоматизированного проектирования (например, AutoCAD, CREDO), для визуализации рельефа, зданий, скульптур, растительности – средства компьютерной графики и анимации, обработки атрибутивной информации – реляционные СУБД. ГИС позволяют совмещать перечисленные данные, изготовленные с использованием разных программ и технологий.
Технологии геопозиционирования используются совместно с ГИС для определения (уточнения) положения картографических объектов – точечных (столбов, видовых точек), линейных (границ, дорог, ручьев), полигональных (вырубки, площади, поврежденные пожарами, болезнями, ветровалами).

Ниже показаны возможные направления развития ГИС технологий в лесном хозяйстве и лесоустройстве

ГИС и мобильные устройства
карманные компьютеры, коммуникаторы, GPS-навигаторы

ГИС и Интернет



а
б




в
г



Зеленые насаждения, ООПТ, Google Earth (экспорт слоев в формат *.kml,)

Так для полевых обследований в лесном и садово-парковом хозяйстве вместо стационарных персональных компьютеров или ноутбуков возможно использование карманных компьютеров (КПК) или коммуникаторов в сочетании с GPS-приемниками. Обработку данных, полученных из разных источников, создание и анализ геоинформационных данных при этом наоборот следует выполнять в стационарных условиях с использованием более мощных компьютеров и ГИС-приложений, больших мониторов, “мыши”, сканера и других необходимых периферийных устройств и программ.
При использовании мобильных устройств, процесс работы усложняется необходимостью дополнения программного обеспечения (ГИС, СУБД, программ для обработки данных GPS, устанавливаемых на стационарных компьютерах), специальными программами для мобильных устройств (например, на базе операционных систем Windows Mobile) и программами для экспорта-импорта цифровых данных между КПК и ПК.
Преимуществами использования КПК перед ноутбуками являются их компактность, меньший вес, возможность экранного ввода. Также в КПК поддерживаются стандарты подключения к Интернету, возможность подключения дополнительных блоков памяти, присутствуют GPS-приемники. На сегодняшний момент более перспективными, по сравнению с КПК, и сопоставимыми с ними по цене, являются коммуникаторы, сочетающие возможности телефона, GPS-приемника, КПК, цифровой камеры, диктофона.
Интеграция глобальных систем позиционирования и ГИС является особенно важной. Ряд фирм выпускают спутниковые приемники и программное обеспечение, специально ориентированное на сбор данных для ГИС. Наблюдатель, перемещаясь по местности с таким приемником, вводит в накопитель пространственные и атрибутивные данные. Они сохраняются в соответствующих форматах и могут быть выведены на экран в целях визуализации и контроля. Большинство GPS-приемников, предназначенных для ГИС, позволяет использовать цифровые данные из сети Интернет.
GPS-навигаторы предназначены для определения местоположения объектов, решения навигационных, геодезических задач. От устройства, предназначения GPS-приемника зависят его возможности и цена.
Для инвентаризации ОСПХ и ЛХ значимы такие характеристики GPS-приемников, как количество принимаемых спутников, габариты прибора, экран, поддержка растровой и векторной графики, возможность экспорта-импорта карт для привязки на местности. Также важны внешние характеристики – влаго-, пыле-, ударостойкость, продолжительность работы без подзарядки, дизайн (удобство пользования, размеры экрана, расположение клавиш и команд).
ГИС и программы обработки ДДЗ




Контрольные вопросы к главе 7:
Направления развития ГИС-технологий в лесном хозяйстве
Применение средств спутникового геопозиционирования в лесном хозяйстве и лесоустройстве
Автоматизированное дешифрирование данных дистанционного зондирования


ЛИТЕРАТУРА

ГОСТ Р 52438-2005 Группа Т43 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Термины и определения Geographical information systems. Terms and definitions ОКС 35.240.70 01.040.35 Дата введения 2006-07-01

Вуколова И.А. Геоинформатика в лесном хозяйстве: Учебник. М.: ВНИИЛМ, 2002. 216 с.
Герасимов Ю.Ю., Кильпеляйнен С.А., Давыдков Г.А. Геоинформационные системы. Йоэнсуу. Изд-во ун-та Йоэнсуу, Финляндия. 2001.201с.
Хомоненко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных: Учебник для высших учебных заведений. СПб.: КОРОНА принт, 2002. 672 с.
Сборник задач и упражнений по геоинформатике: Учеб. пособие для студ. вузов / В.С. Тикунов, Е.Г. Капралов, А.В. Заварзин, и др. М.: Издательский центр “Академия”, 2005. – 560 с.
Основы геоинформатики: Учеб. Пособие для студ. Вузов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов и др. М.: Издательский центр “Академия”, 2004. Кн.1- 352 с. Кн.2 – 480 с.
Геоинформатика и географические информационные системы. Общие положения. ОСТ ВШ 02.001-97. Утвержд. 16.01.98 N68.
Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. Баранов Ю.Б., Берлянт А.М., Капралов Е.Г. и др. – М.: ГИС-Ассоциация, 1999. 204 с.
Герасимов Ю.Ю., Костюкевич В.М., Кильпеляйнен С.А., Давыдков Г.А., Соколов А.П. Лесные географические информационные системы: Методические указания к лабораторному практикуму для студентов лесоинженерного факультета дневного отделения. Петрозаводск, 1998. 58с.
Инструкция о порядке создания и размножения лесных карт. Государственный комитет СССР по лесному хозяйству. М., 1987. 80с.
Черниховский Д.М. Создание лесных карт с помощью ГИС-технологий. Метод. пособие для студ. спец. 2604, СпбГЛТА: СПб. 2003, 84 с.
Любимов А.В., Салминен Э.О., Вавилов С.В. Географические информационные системы в отраслях лесного комплекса. Программное обеспечение профессиональной ГИС “Idrisi for Windows”: Учебное пособие. СП.: ЛТА, 1999. 132 с.
Черных В.Л., Сысуев В.В. Информационные технологии в лесном хозяйстве: Учебное пособие. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. 378с.
Шаши Шекхар, Санжей Чаула. Основы пространственных баз данных./Пер. с англ. – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2004. – 336с.
Чандра А.М., Гош С.К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. М: Техносфера, 208. – 312 с.
Руководство геоинформационной системы Zulu 5.2.
Географические информационные системы: Учебное пособие / В.В. Фомин, З.Я. Нагимов, С.А. Шавнин, Д.Ю. Голиков: Уральский государственный лесотехнический университет. Екатеринбург, 2003. 90 с.
Черных В.Л. Автоматизированные системы в лесном хозяйстве: Учебное пособие. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 1995. – 1995. – 134 с.


 Специалисты отмечают парадоксальный факт – достаточно дорогостоящие ГИС-технологии стали впервые широко использоваться в РФ в одной из самых малобюджетных отраслей – лесном хозяйстве [].
 Такая возможность предусматривается при условии выполнения непрерывного лесоустройства. Непрерывное лесоустройство подразумевает организацию процесса оперативного внесения текущих изменений в геоинформационные базы данных лесов.
 Информационная система - система, предназначенная для хранения, обработки, поиска, распространения, передачи и представления информации.
Информация - сведения, воспринимаемые человеком и (или) специальными устройствами как отражение фактов материального или духовного мира в процессе коммуникации.
 ГИС-технологии обеспечивают создание и использование ГИС.
 система управления базами данных -

 Системный подход заключается в рассмотрении объекта исследования как целостной сложной системы, состоящей из ряда подсистем и имеющей функциональные зависимости и связи внутри системы, между ее подсистемами. Системный подход обеспечивает единство создания, технического, математического, информационного и лингвистического обеспечения, их совместимость, определяет методы исследования и проектирования ГИС, ее структуру.
 моделирование – такой способ отражения реальной действительности, при котором для изучения оригинала применяется специально построенная модель, воспроизводящая существенные свойства и характеристики исследуемого реального объекта (группы объектов) и процесса.
 Вполне возможно, что ряд операций проще и удобней выполнять иными средствами (например, ввод и первичную обработку атрибутивной информации выполнять средствами MS Office – Word, Excel, Access; создание и корректировку отдельных картографических изображений – с помощью систем автоматизированного проектирования, графических редакторов, средств обработки GPS-данных).
 Описание пространственных объектов в ГИС состоит из характеристик формы, атрибутов и топологии.
 Геоинформатика и географические информационные системы. Общие положения. ОСТ ВШ 02.001-97. Утвержд. 16.01.98 N68.

 Администрирование
 DDE -
 Предметная область - совокупность объектов реального или виртуального мира, образующая предмет моделирования в информационной системе
 ГИС могут использоваться не только для моделирования объектов и процессов на земле (суше), но и на море, в воздушной среде, в космосе.
 Так системы оценки качества устойчивого управления лесами представляют иерархические наборы: критерий-показатель-индикатор.
 До начала массового использования ГИС в лесоустройстве (период 1980-2000 гг) наиболее совершенными информационными системами являлись системы управления базами данных.
 При этом могут использоваться и векторная и растровая модели данных, в зависимости от желаемых целей ГИС-проектирования
 Вуколова
 Под информатизацией лесного хозяйства можно понимать организованный процесс установки компьютерной техники, программного обеспечения и баз данных в органах управления лесным хозяйством (лесничествах), обучение специалистов лесного хозяйства, применение информационных технологий в работе.
 совмещения пространственных данных в ГИС (данных о лесном фонде, полученных на разных ЛУП, других пространственных данных), связанные с различными технологическими подходами и ландшафтными особенностями
 Целостность данных – свойство базы данных, означающее, что она содержит полную непротиворечивую и адекватно отражающую предметную область информацию.
 Система управления базами данных (СУБД) - комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных
 Оригинальные программы для обработки данных лесоустройства и лесного хозяйства могут не соответствовать реляционным СУБД.
 Впервые принципы работы с реляционными базами данных разработаны сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом в 1969-1970 гг. на основе математической теории отношений.
 Процедура оптимизация реляционных таблиц (нормализация) включает ряд последовательных операций, связанных с разбиением исходных таблиц на набор подчиненных.
 Запрос – специальным образом описанное требование, определяющее состав производимых над БД операций
 Языки реляционной алгебры называют процедурными, так как в них описываются процедуры последовательного выполнения реляционных операций для получения результата. Языки реляционных исчислений являются непроцедурными (описательными или декларативными) – в них указываются только свойства желаемых результатов, без конкретизации процедуры их получения.
 В классической алгебре операнды – числа, операции – сложение, вычитание, умножение и др. операции над числами.
 Совместимость структур отношений означает совместимость имен атрибутов и типов доменов
 Для представления операций реляционной алгебры использованы оператора базового языка информационных систем ISBL (Information System Base Language).
 По форме описания запросы реляционной алгебры называют процедурными (указывается процедура выполнения реляционных операторов к отношениям), реляционного исчисления – непроцедурными (указывается только желаемый результат).
 Эта форма эквивалентна выражению реляционной алгебры, состоящему из операций проекции, выборки, соединения
 Текстовый тип применяется при количестве знаков до 265. Для больших по размеру текстов применяется тип данных MEMO-поле (до 65 536 знаков)
 Распространенные Типы числовых данных – целое, короткое целое, целое длинное, десятичное с плавающей точкой, десятичное с фиксированной точкой, двойное с плавающей точкой, вещественное,
 При создании лесных карт используются стандарты
 На картах (как тематических, так и топографических) присутствуют объекты, для которых понятие точности не может определяться – ареалы, точечные объекты
 К виртуально-реальностным изображениям относятся модели местности, представление пространства в компьютерных играх, в том числе эффекты погружения в воду, облета местности
 В разных ГИС набор таких средств может отличаться и иметь разные названия.
 Общегеографические карты содержат математическую основу, картографическое изображение (географическую основу - гидрографию, пути сообщения и средства связи, границы, населенные пункты), вспомогательное оснащение и дополнительные данные.
 Способ картографического изображения – выбор и применение картографических условных обозначений в соответствии с особенностями изучаемых объектов и их размещением.

 Значение слова "Картографические способы изображения" в Большой Советской Энциклопедии

 При необходимости могут составляться тематические карты по любым атрибутам баз данных – урожайности ягод, типам почв, продуктивности пищевых и кормовых ресурсов, рекреационным характеристикам лесопарков (классов эстетической, рекреационной оценки, степени привлекательности, санитарного состояния).

 Погрешности картографических измерений в ГИС связаны с тем, что в векторных моделях все плавные контуры заменяются прямолинейными отрезками, в растровых все объекты заменяются наборами ячеек.
 Пространственные операции с растровыми данными практически не используются в российском лесоустройстве, т.к. большая часть ГИС-программ их не поддерживает.
 Примеры пространственных запросов к объектным моделям с учетом различных типов базисных пространств: множественно-ориентированное, топологическое (смежный) , пространство направлений (к северу от), метрическое [оно же евклидово или нет???] (расстояние), сетевое (кратчайший маршрут)
 Перечисленные операции с полевыми (растровыми) моделями в ряде ГИС реализованы в виде языка высокого уровня – алгебры карт. Алгебра карт позволяет выполнять операции сложения, вычитания, умножения и деления растров.
 Примеры топологических операций с парами объектов:
точка – полигон (точка внутри, снаружи, на границе полигона);
точка-полилиния (точка на конце, внутри, за пределами полилинии);
полилиния-полигон (полилиния пересекает, касается, не пересекает полигон)
 При рассмотрении процесса создания ГИС в целом, указанный алгоритм может быть дополнен этапом сбора и подготовки данных, достаточно емким по трудовым, временным и материальным затратам (приобретение материалов аэрофотосъемки, полевые лесоустроительные работы).

 Карта-основа – карта, элементы содержания которой образуют основу географической привязки иных объектов картографирования.
Цифровая карта-основа – цифровая карта, по своему содержанию идентичная карте-основе и используемая для позиционирования тематических слоев пространственных данных в ГИС.
 Картографической проекцией является математически выраженный способ отображения поверхности Земли или других небесных тел, принимаемых за эллипсоид или шар на плоскости. Любое представление земной поверхности (эллипсоида) на плоскости всегда вносит искажения в форму, площадь, расстояние или направление. Различные проекции (цилиндрическая, коническая, азимутальная) вносят различные искажения. Характеристики каждой проекции удобны для одних приложений и непригодны для других
 Проекционные преобразования – группа математических процедур ГИС, осуществляющая переход от одной картографической проекции к другой, или от пространственной системы к географической проекции. Число проекционных преобразований в блоках моделирования ГИС различно (от 0 до 1000).

 Близкое к трансформированию понятие перевычисление координат подразумевает операцию с координатами пространственных объектов, основанную на математически строго определенной связи, при переходе из одной системы координат в другую, используя одни и те же исходные геодезические даты. При перевычислении координат используют параметры, являющиеся постоянными величинами. Перевычисление координат при изменении систем координат во многих ГИС выполняется автоматически.

 В ГИС также используются иные способы преобразования – проективное, локально-афинное,
 Определение коэффициентов решается средствами операций с матрицами, реализованными в программном обеспечении.











13PAGE 15


13PAGE 144915



Добавить др источники - Федеральная целевая программа “Леса России” (1997), “Концепция развития лесоустройства” (1999), «Программа внедрения «ГИС-технологий» в лесное хозяйство на период 1999-2005 гг.» (1998)
Объяснить и скорректировать
Расписать задачи л х и соответствующие им средства ПО – выборки, запросы
Взять из ГИТ_ЛХ


Наблюдение

Измерение

Описание

Объяснение

Предсказание

Решение

Сбор данных

Обработка данных

Концептуальные и формальные модели анализа данных

Процесс принятия решений

A

B

A

B2


B1


Bn


A2

B

A1

An

сосна

B2


B1

Bn


береза

Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

15
10
выборочная

15
4
сплошная



Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная



R2
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

15
10
выборочная

15
4
сплошная



R1
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная



(R1 UNION R2)
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная

15
10
выборочная

15
4
сплошная



R2
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

15
10
выборочная

15
4
сплошная



R1
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14215
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
20
выборочная

2
3
выборочная



R2
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

15
10
выборочная

15
4
сплошная



R1
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14315
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14615
Мастер по отводу
Мастер лесозаготовок

Степанов
Васильев

Иванов
Звездин



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14615
Номер
лесосеки
Способ рубки

1
сплошная

2
выборочная

3
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14615
Номер лесосеки
Способ рубки
Мастер по отводу
Мастер лесозаготовок

1
сплошная
Степанов
Васильев

2
выборочная
Степанов
Васильев

3
выборочная
Степанов
Васильев

1
сплошная
Иванов
Звездин

2
выборочная
Иванов
Звездин

3
выборочная
Иванов
Звездин



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14815
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 14815
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
20
выборочная

2
3
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 141015
Номер квартала
Номер
выдела
Способ рубки

1
12
сплошная

1
20
выборочная

2
3
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 141015
Способ рубки

сплошная

выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 141115
Тип леса
вид рубки

ЧС
сплошная

ЧС
проходная

ВР
сплошная

ВР
обновления

БР
выборочная

ЧС
обновления

БР
выборочная



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 141315
Способ рубки

сплошная

обновления



таблица 13 SEQ таблица \* ARABIC 141315
Тип леса

ЧС

ВР



Номер
лесосеки
Способ рубки

1
выборочная

2
сплошная

3
выборочная

16
сплошная

24
сплошная

25
выборочная



Номер лесосеки
Способ рубки
Способ лесовосстановления

2
сплошная
ЛК

16
выборочная
ЕВ

24
выборочная
ЛК



Номер
лесосеки
Способ лесовосстановления

2
ЛК

16
ЕВ

24
ЛК



13 EMBED Equation.3 1415

Пороговая обработка

Пороговая обработка



Root EntryEquation NativeUntitled-2 copyРисунок 9Untitled-2 copyEquation NativeРисунок 20Рисунок 21Рисунок 22Рисунок 23Рисунок 26Рисунок 27Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 46Рисунок 47Рисунок 48

Приложенные файлы

  • doc 26761389
    Размер файла: 7 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий