Зонирование. Виды земли.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Теоретическая часть. Характеристика ГИС технологий. 5

1.1. История развития ГИС 5

1.2. Характеристика и виды ГИС, ее структура и функции 9

1.3. Тенденции развития ГИС 20

2. Аналитическая часть. Эффективное использование ГИС технологий в геодезический работах. 23

   1. Характеристика ООО «Башэкогеопроект» 23

   2. ГИС технологии, используемые в деятельности организации 30

   3. Обзор эффективного использования программы ГИС ИнГЕО 36

Заключение 43

Список использованной литературы 45

Приложения 47

ВВЕДЕНИЕ

Географическая информационная система позволяет картировать объекты окружающего мира, а затем анализировать их по огромному количеству параметров, визуализировать их и на основе этих данных прогнозировать самые различные события и явления. 

ГИС-технологии сегодня используются практически везде - в лесообработке, строительстве, картографии, экологии, сейсмологии и так далее. Их изучают в университетах и научных институтах. ГИС-технологии это целая индустрия, которая влияет на практически все аспекты человеческой жизни. 

Актуальность темы выпускной квалификационной работы состоит в том, что столь мощная технология позволяет решать при помощи ГИС огромное количество задач, как глобальных, так и частных. ГИС-технологии могут стоять на службе у всего человечества, предотвращая экологически катастрофы или помогая решать проблемы перенаселения отдельных регионов. 

Объект исследования – ООО «Башэкогеопроект».

Предмет исследования – использование географических информационных систем на примере организации «Башэкогеопроект».

Цель данной дипломной работы: Рассмотреть эффективность использования ГИС технологий в геодезических работах, выявить недостатки и внести свои предложения по улучшению базы ГИС.

Для достижения цели дипломной работы поставлены следующие задачи:

1. Анализ географических информационных систем;

2. Изучение теоретического материала;

3. Дать характеристику производственно-хозяйственной деятельности организации «Башэкогеопроект»;

4. Проанализировать проблемы организации «Башэкогеопроект»;

5. Обзор наиболее эффективных программ, используемых в организации;

6. Выявить недостатки системы ГИС “ИнГЕО”;

7. Практическое применение навыков, полученных в организации.

Данная выпускная квалификационная работа состоит из двух частей. В первой части выпускной квалификационной работы рассмотрена история развития ГИС технологий в мире и в России, изучена подробная информация по данной теме. Во второй опытно-экспериментальной части представлено описание организации ее деятельность, а так же ГИС технологии, используемые в организации, на примере которых была раскрыта тема выпускной квалификационной работы.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ХАРАКТЕРИСТИКА ГИС ТЕХНОЛОГИЙ

1. 1. Мировая история развития ГИС

В истории развития ГИС можно выделить несколько периодов. [1]

50 — 60 годы ознаменовались исследованием принципиальных возможностей ГИС, в этот период были запущены первые крупные проекты по созданию и внедрению ГИС. Одним из таких значимых проектов являлся проект разработки Географической Информационной Системы Канады (CGIS). Эта крупномасштабная ГИС поддерживается и в настоящее время. Отцом «ГИС Канады» считается Роджер Томлинсон, под руководством которого были разработаны и реализованы многие концептуальные и технологические решения. Первоначальными задачами этой ГИС были классификация и нанесение на карту земельных ресурсов Канады. Интересен тот факт, что выходными данными первой ГИС были не картографические материалы, а обобщенные результаты исследований, представленные в виде таблиц.

Большое влияние на развитие ГИС этого периода оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа Массачусетского технологического института. Ее основал в середине 60-х годов Говард Фишер с целью разработки программных средств многофункционального компьютерного картографирования, которые стали существенным шагом в совершенствовании ГИС.

В конце 60-х г.г. Бюро переписи США разработало специальный формат GBF-DIME, в котором была реализована схема определения пространственных отношений между объектами, называемая топологией, которая описывает взаимное положение пространственных объектов и их частей. Технология топологических структур данных применима и по сегодняшний день — именно ее использует множество современных ГИС.

Период 70-х — 80-х г.г. ознаменовался запуском крупных геоинформационных проектов, поддерживаемых государством, формированием государственных институтов в области ГИС, а также снижением роли отдельных исследователей ГИС-технологий. К тому времени Национальное Бюро Переписей США разработало комплексный подход к «географии переписей» с использованием ГИС-технологий. В результате 1970 г. стал не просто годом очередной Национальной Переписи США, а годом первой в истории «географически локализованной переписи». Также в этот период был разработан специальный формат представления картографических данных DIME и впервые использован топологический подход к организации управления географической информацией.

Начало 80-х г.г. — по настоящее время — это период коммерческого развития ГИС. Развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с СУБД, появление сетевых приложений — все это открыло путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

В начале 80-х г.г. для хранения и работы с атрибутивной информацией в виде таблиц (INFO) был успешно применен формат стандартной реляционной СУБД, а для хранения и работы с графическими объектами в виде дуг (ARC) было разработано специальное программное обеспечение. Таким образом, был создан формат ARC/INFO, в основе которого заложена идея о раздельном внутреннем представлении геометрической (графической) и атрибутивной информации.

Этот же период можно назвать и пользовательским периодом развития ГИС, он начался с повышения конкуренции среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг. Конкуренция побуждает производителей ГИС-технологий постоянно совершенствоваться, реализовывать принципиально новые и все более сложные и качественные проекты. Появляются «открытые» программные продукты, пользовательские клубы, конференции. Идет формирование мировой геоинформационной инфраструктуры.

В этот период разработчики и владельцы геоинформационного программного продукта GRASS созданного американскими военными специалистами для задач планирования природопользования и землеустройства, открыли GRASS для бесплатного пользования. Примеру ArmyCorpsofEngineers последовала корпорация ESRI, Inc., открывшая в 1994 г. для неограниченного бесплатного пользования свой программный продукт ArcView 1 forWindows. Таким образом, пользователи и программисты получили возможность создавать собственные приложения, интегрируя вышеназванные ГИС с другими программными продуктами.

Этот этап также является началом формирования государственных национальных и международных инициатив, а также различных проектов по разработке и внедрению так называемых Инфраструктур Геопространственных Данных (ИГД), включающих разработку новых технологий обработки пространственных данных.

История развития ГИС в России.

Популярность ГИС в России пришла примерно в начале 90-х годов. В этот период в России впервые появились геоинформационные технологии мировых производителей. Однако тогда мало кто использовал ГИС как самостоятельную технологию для разработки геоинформационных проектов.

В основном, технологии ГИС применялись в крупных компаниях, ориентированных на предоставление услуг по разработке комплексных IT-проектов. ГИС-технологии встраивались в эти проекты, обеспечивая их целостность. Преимущества работы с ГИС-технологиями также успели оценить пользователи-«энтузиасты» — в первую очередь, это геодезисты и картографы. Не менее важную и значимую роль в популяризации ГИС в России привнесли западные компании, которые в своей производственной деятельности к тому времени уже активно использовали ГИС-технологии. Эти компании присутствовали в нефтегазовом секторе и в секторе телекоммуникационных систем. Кроме того, многие отечественные разработки в области ГИС в этот период находились в стадии интенсивного развития.

И все же, несмотря на это, процесс становления ГИС в России шел достаточно тяжело. Развитию ГИС препятствовало, прежде всего, наше законодательство, запрещающее использование картографических данных в публичном доступе, а также отсутствие программного обеспечения для ГИС. Когда картографическая основа стала более открытой и произошла легализация спутниковой связи, многие государственные и коммерческие организации стали активно разрабатывать ГИС-проекты.

Особый вклад в развитие геоинформатики России внесла ГИС-Ассоциация. Она была образована в 1995 г. как негосударственная и некоммерческая общественная организация, объединяющая в своих рядах специалистов высших учебных заведений, научно-исследовательских, производственных, инженерных, проектно-конструкторских, информационных и других организаций, занятых в области разработки и применения геоинформационных технологий на территории бывшего СССР.

В настоящее время на территории РФ успешно создаются и развиваются крупные региональные геоинформационные системы. Это, например, такие системы, как:

-Региональная инфраструктура на территорию Калужской области (2004 — 2011);

-Геоинформационная система Санкт-Петербурга;

-Региональная геоинформационная система Московской области (РГИС МО);

-ГИС органов исполнительной власти Нижегородской области;

-ГИС в территориальном планировании Ростовской области;

-Геоинформационная система города Астаны;

-Единое геоинформационное пространство г. Москвы

и многие другие. [1]

1. 2. Характеристика и виды ГИС технологий.

Географическая информационная система (ГИС) - современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, происходящих и прогнозируемых событий и явлений. Геоинформационные системы наиболее естественно отображают пространственные данные.

ГИС объединяет традиционные операции при работе с базами данных - запрос и статистический анализ - с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эта особенность дает уникальные возможности для применения ГИС в решении широкого спектра задач, связанных с анализом явлений и событий, прогнозированием их вероятных последствий, планированием стратегических решений. [2]

Данные в геоинформационных системах хранятся в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе их географического положения. Этот гибкий подход и возможность геоинформационных систем работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных, эффективен при решении любых задач, касающихся пространственной информации.

Геоинформационные системы тесно связаны с другими информационными системами и используют их данные для анализа объектов.

ГИС отличают:

1. развитые аналитические функции;

2. возможность управлять большими объемами данных;

3. инструменты для ввода, обработки и отображения пространственных данных.

Программное обеспечение ГИС.

Чтобы охарактеризовать ГИС-продукцию, выделим следующие ее категории:

специализированное программное обеспечение;

1. комплексные системы, включающие все виды обеспечения (методическое, программное, техническое и др.), присущие развитым информационным системам;

2. геоинформационные базы данных различного назначения на носителях цифровой информации;

3. аэро- и космические снимки, тематические карты и изображения, текстовые отчеты.

Рассмотрим подробнее категорию «специализированное программное обеспечение».

Основываясь на данных Ассоциации развития рынка геоинформационных технологий и услуг, можно выделить несколько классов программного обеспечения, различающегося по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информация:

1. инструментальные ГИС;

2. ГИС-вьюверы;

3. средства обработки данных дистанционного зондирования;

4. векторизаторы растровых картографических изображений;

5. средства пространственного моделирования;

6. справочно-картографические системы.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, объединенных на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач:

1. для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов;

2. детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий;

3. моделирования глобальной циркуляции атмосферы. [3],

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении объекта, будь то привязка к географическим или другим координатам или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и т.п. При использовании этих сведений для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте, где находится интересующий вас объект или явление, такие, как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного вам пункта или дома. [4]

Опираясь на информацию, данной в книге ГИС работают с двумя существенно отличающимися типами данных — векторными и растровыми.

В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X, Y. Местоположение точки (точечного объекта), например буровой скважины, описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, со­храняются как наборы координат Д Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше под­ходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких, как типы почв или доступность объектов. [5]

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (точек, ячеек, пикселов), оно подобно отсканированной карте или фотографии.

Структура ГИС представляет собой набор информационных слоев. Слой – это совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме или классу объектов в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев (Рис.1.).

Рис.. Структура геоинформационной системы.

Основу любой ГИС составляет автоматизированная картографическая система – комплекс приборов и программных средств, обеспечивающих создание и использование карт, которая состоит из ряда подсистем, важнейшие из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации. Функциональные возможности ГИС многообразны, основные из них:

1. ввод в компьютер цифровых данных;

2. преобразование данных, трансформация картографических проекций, конвертирование данных в различные форматы;

3. хранение и управление данными;

4. картометрические операции и др. (Рис. 2)

Рис. . Функции геоинформационной системы.

Типичный набор функций ГИС:

1. ввод данных в машинную среду путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью оцифровывания источников;

2. преобразование или трансформация данных включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

3. хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;

4. картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;

5. операции обработки данных геодезических измерений;

6. операции оверлея (наложение);

7. операции "картографической алгебры" для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого;

8. пространственный анализ - группа функций, обеспечивающих анализ размещения связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства (см. анализ близости), анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.;

9. пространственное моделирование или геомоделирование), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования;

10. визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических и иных пространственных изображений, включая трехмерные;

11. вывод данных - графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов;

12. обслуживание процесса принятия решений

Дополнительный набор функций:

1. цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования);

2. средства экспертных систем;

3. средства настройки на требования пользователя

4. средства расширения функциональных возможностей ГИС: встроенные макроязыки (макросы);

5. инструментарии разработчика;

6. встроенные макроязыки (макросы);

7. инструментарии разработчика [7]

Часть функциональных возможностей ГИС может дублировать функции автоматических картографических систем и систем обработки цифровых изображений, а также более широкого программного окружения геоинформационных технологий.

Выявив взаимосвязь между различными показателями, можно разрабатывать более эффективные технологии работы, экономить достаточно большие средства.

Задав определенные критерии поиска, можно легко найти необходимый объект, и, не тратя лишнего времени, заниматься его освоением. Найти квартиру, которая будет иметь определенное количество комнат, метраж кухни и при этом будет расположена недалеко от работы и школы ваших детей теперь очень просто.

ГИС могут оказывать положительное влияние на бизнес-процессы, происходящие внутри организаций. Огромная база данных может быть полезна в любой сфере, ведь дает возможности для четкого планирования работы. Коммунальные службы могут не только оперативно отслеживать износ оборудования и планировать профилактические работы, но и оповещать об этом тех жителей, которых это коснется.

Сегодня карты городов и местностей быстро устаревают – ведется новое строительство, проектируются дороги. ГИС позволяют отслеживать эти изменения и вносить их в базу данных практически молниеносно. Запущенная в виртуальную сеть, такая карта позволит всегда иметь под рукой актуальные данные.

Согласно сайту [8] ГИС-технологии – это не просто компьютерная база данных. Это огромные возможности для анализа, планирования и регулярного обновления информации. ГИС-технологии сегодня находят применение практически во всех сферах жизни, и это помогает действительно эффективно решать многие задачи.

Ключевые преимущества геоинформационных систем:

1. Удобное для пользователя отображение пространственных данных.
   Картографирование пространственных данных, в том числе в трехмерном измерении, наиболее удобно для восприятия, что упрощает построение запросов и их последующий анализ;

2. Интеграция данных внутри организации. Геоинформационные системы объединяют данные, накопленные в различных подразделениях компании или даже в разных областях деятельности организаций целого региона. Коллективное использование накопленных данных и их интеграция в единый информационный массив дает существенные конкурентные преимущества и повышает эффективность эксплуатации геоинформационных систем;

3. Принятие обоснованных решений. Автоматизация процесса анализа и построения отчетов о любых явлениях, связанных с пространственными данными, помогает ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений;

4. Удобное средство для создания карт. Геоинформационные системы оптимизируют процесс расшифровки данных космических и аэросъемок и используют уже созданные планы местности, схемы, чертежи. ГИС существенно экономят временные ресурсы, автоматизируя процесс работы с картами, и создают трехмерные модели местности;

5. Составляющие геоинформационных систем;

6. Аппаратные средства;

7. Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации;

8. Данные могут быть представлены в виде готовых карт с требуемыми тематическими слоями, либо в виде снимков космической и аэрофотосъемки и пр.

ГИС осуществляет такие операции, как:

1. Ввод данных. В геоинформационных системах автоматизирован процесс создания цифровых карт, что кардинально сокращает сроки технологического цикла;

2. Управление данными. Геоинформационные системы хранят пространственные и атрибутивные данные для их дальнейшего анализа и обработки;

3. Запрос и анализ данных. Геоинформационные системы выполняют запросы о свойствах объектов, расположенных на карте, и автоматизируют процесс сложного анализа, сопоставляя множество параметров для получения сведений или прогнозирования явлений;

4. Визуализация данных. Удобное представление данных непосредственно влияет на качество и скорость их анализа. Пространственные данные в геоинформационных системах предстают в виде интерактивных карт. Отчеты о состоянии объектов могут быть построены в виде графиков, диаграмм, трехмерных изображений. [9]

Возможности геоинформационных систем могут быть задействованы в самых различных областях деятельности. Вот лишь некоторые примеры использования ГИС:

1) Административно-территориальное управление:

• городское планирование и проектирование объектов;

• ведение кадастров инженерных коммуникаций, земельного, градостроительного, зеленых насаждений;

• прогноз чрезвычайных ситуаций техногенно-экологического характера;

• управление транспортными потоками и маршрутами городского транспорта;

• построение сетей экологического мониторинга;

• инженерно-геологическое районирование города.

2) Телекоммуникации:

• транковая и сотовая связь, традиционные сети;

• стратегическое планирование телекоммуникационных сетей;

• выбор оптимального расположения антенн, ретрансляторов и др.;

• определение маршрутов прокладки кабеля;

• мониторинг состояния сетей;

• оперативное диспетчерское управление.

3) Инженерные коммуникации:

• оценка потребностей в сетях водоснабжения и канализации;

• моделирование последствий стихийных бедствий для систем инженерных коммуникаций;

• проектирование инженерных сетей;

• мониторинг состояния инженерных сетей и предотвращение аварийных ситуаций.

4) Транспорт:

• автомобильный, железнодорожный, водный, трубопроводный, авиатранспорт;

• управление транспортной инфраструктурой и ее развитием;

• управление парком подвижных средств и логистика;

• управление движением, оптимизация маршрутов и анализ грузопотоков.

5) Нефтегазовый комплекс:

• геологоразведка и полевые изыскательные работы;

• мониторинг технологических режимов работы нефте- и газопроводов;

• проектирование магистральных трубопроводов;

• моделирование и анализ последствий аварийных ситуаций.

6) Силовые ведомства:

• службы быстрого реагирования, вооруженные силы, милиция, пожарные службы;

• планирование спасательных операций и охранных мероприятий;

• моделирование чрезвычайных ситуаций;

• стратегическое и тактическое планирование военных операций;

• навигация служб быстрого реагирования и других силовых ведомств.

7) Экология:

• оценка и мониторинг состояния природной среды;

• моделирование экологических катастроф и анализ их последствий;

• планирование природоохранных мероприятий.

8) Лесное хозяйство:

• стратегическое управление лесным хозяйством;

• управление лесозаготовками, планирование подходов к лесу и проектирование дорог;

• ведение лесных кадастров.

9) Сельское хозяйство:

• планирование обработки сельскохозяйственных угодий;

• учет землевладельцев и пахотных земель;

• оптимизация транспортировки сельскохозяйственных продуктов и минеральных удобрений.

1. 3. Тенденции развития ГИС.

ГИС предлагает совершенно новый путь развития картографии, преодолевая основные недостатки обычных карт - их статичность и ограниченная емкость как носителя информации. В последние десятилетия бумажные карты из-за перегруженности информацией становятся нечитабельными. ГИС же обеспечивает управление визуализацией информации. Появляется возможность выводить (на экран, на твердую копию) только те объекты или их множества, которые интересуют нас в данный момент. Фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом улучшается структурированность информации, а, следовательно, повышается эффективность ее обработки и анализа. [10]

Итак, в настоящее время ГИС-технологии применяют практически во всех сферах человеческой деятельности. При этом наибольшее распространение получили классические двухмерные геоинформационные системы. Однако с развитием технологий трехмерного моделирования и возможностей компьютерной техники все очевиднее становится ряд недостатков двухмерных геоинформационных систем (ГИС):

1. Отсутствие возможности визуализации проектируемых объектов в трехмерном ландшафте;

2. Отсутствие возможности пространственного анализа объектов с различных точек обзора с учетом их атрибутивных характеристик;

3. Проблемы с поиском объектов и переключением от одного объекта к другому при пересечении объектов, расположении их друг над другом и пр.;

4. Трудоемкий процесс представления в удобном виде нескольких альтернативных вариантов планирования территории, сложность их корректирования.

Эти и многие другие недостатки влекут за собой реальные потери времени и денег в процессе разработки и согласования проектов. Переход к трехмерному представлению объектов на местности открывает новые возможности и позволяет решить такие задачи, как:

1. Создание трехмерных визуализаций ландшафта территории, градостроительного окружения и инфраструктуры в масштабах сотен километров;

2. Всестороннее представление проекта, включая возможность подготовки нескольких вариантов проекта и его фотореалистичной визуализации в 3D (особенно это важно в случае, когда проект демонстрируется неподготовленной аудитории);

3. Планирование развития территорий, эскизная проработка различных вариантов развития территории в режиме реального времени;

4. Проведение ландшафтного анализа, оценки высотных характеристик объектов и взаимодействия объектов друг с другом и с окружающей средой;

5. Анализ пространственных данных в объеме и представление результатов анализа в удобном для восприятия виде;

6. Создание качественных презентационных материалов и видеороликов.

Таким образом, будучи применимы в самых различных сферах деятельности человека, включая все преимущества классических ГИС, но решая более сложные и новые задачи, трехмерные ГИС (3D) становятся намного более эффективными. Поэтому на сегодняшний день одной из основных тенденций мирового рынка в области проектирования является переход от двухмерного проектирования к трехмерному моделированию, а также внедрение современных трехмерных геоинформационных систем и их выход на первый план. [11]

ГИС предлагает совершенно новый путь развития картографии, преодолевая основные недостатки обычных карт - их статичность и ограниченная емкость как носителя информации. В последние десятилетия бумажные карты из-за перегруженности информацией становятся нечитабельными. ГИС же обеспечивает управление визуализацией информации. Появляется возможность выводить (на экран, на твердую копию) только те объекты или их множества, которые интересуют нас в данный момент. Фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом улучшается структурированность информации, а, следовательно, повышается эффективность ее обработки и анализа.