ГИС

Геоинформатика (GIS technology, geo-informatics) наука, технология и производственная деятельность
по созданию и использованию
географических информационных систем (ГИС)
Географическая информационная система
(геоинформационная система, ГИС)
(geographic(al) information system, GIS, spatial information system)
ГИС – это совокупность
технических,
программных
и информационных средств,
обеспечивающих
ввод,
хранение,
обработку,
и отображение
географических и соотнесенных
с ними атрибутивных данных для
решения проблем
территориального планирования
и управления
Персонал
Программное
обеспечение
Данные
ГИС
Оборудование
Методы и
алгоритмы
Классификация ГИС
По территориальному охвату:
- глобальные
- общенациональные
(планетарные)
http://www.national-atlas.ru/
Классификация ГИС
По территориальному охвату:
- региональные
Район Зарамагской ГЭС (Северная Осетия)
Голубым цветом показана зона затопления, которая может возникнуть в результате прорыва плотины, а также
результат выполнения геопространственного запроса – населенные пункты, попадающие в зону затопления, и
численность их населения
С помощью теодолита определяются координаты реперных точек.
Создаётся векторное изображете, которое добавляется на карту.
Классификация ГИС
По территориальному охвату:
- локальные (в т.ч. муниципальные)
Карта находок костей мамонтов
Фотография черепа колумбийского мамонта , получившего
прозвище Красавчик за отличный уровень сохранности.
http://www.dataplus.ru/Arcrev/Number_51/24_Mamont.html
Классификация ГИС
По целям:
- многоцелевые
ГИС Национального центра управления в
кризисных ситуациях МЧС России
- специализированные
Классификация ГИС
По уровню управления:
-
федеральные ГИС
региональные ГИС
муниципальные ГИС
корпоративные ГИС
-
полнофункциональные
ГИС для просмотра данных
ГИС для ввода и обработки данных
специализированные ГИС
-
картографические
геологические
городские или муниципальные ГИС
природоохранные ГИС
и т. п.
По функциональности:
По предметной области:
Источники данных для ГИС
Дистанционное
зондирование
Земли
(ДДЗ)
Наземная
(полевая)
съёмка
Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)
Дистанционное зондирование основано на том, что любой объект излучает и
отражает электромагнитную энергию в соответствии с особенностями его природы.
Различия в длинах волн и интенсивности излучения используются для изучения
свойств удаленного объекта без непосредственного контакта с ним.
Методы ДДЗ
Оптическая съёмка
(Фото и сканерная)
Название
Диапазон
Ультрафиолетовый
диапазон
UV
0.01 – 0.4 мкм
Видимый диапазон
VIS
0.4 – 0.74 мкм
Ближний ИКдиапазон
NIR
0.74 – 1.3 мкм
инфракрасный
диапазон
IR
окна
прозрачности
1.5 – 1.8, 2.2 –
2.6, 3.0 – 3.6,
4.2 – 5.0, 7.0 –
8.0 мкм
Тепловой диапазон
TIR
8 – 12 мкм
Микроволновый
диапазон
MW
10 – 100 мм
Раиоволны
RW
3 – 100 см
Тепловая съёмка
Радиотепловая съёмка
Радарная съёмка
Спектрометрические съёмки
Лидарная съёмка
Фотосъёмки
Недостатки фотографического метода связаны с
необходимостью возвращения пленки на Землю
и ограниченным ее запасом на борту. Однако
фотографическая съемка — в настоящее время
самый информативный вид съемки из
космического пространства.
Сканерные съёмки
Оптические сенсоры спутников (видимый и
инфракрасный диапазоны) подобны оптическим
сканерам, регистрируют вдоль полосы строчку за
строчкой отраженные или собственные
излучения поверхности Земли. По качеству
сканерный снимок уступает фотографическому,
однако простота получения, быстрая передача на
Землю, возможность представления изображения
в цифровом виде, удобном для обработки на
ЭВМ, выводит этот вид съемки на одно из
ведущих мест в космической геологии.
Застывшая лава в великой Африканской рифтовой долине
Тепловые съёмки
Инфракрасная (ИК), или тепловая,
съемка основана на выявлении тепловых
аномалий путем фиксации теплового
излучения объектов Земли, обусловленного
эндогенным теплом или солнечным
излучением.
Съёмка производится в окнах
прозрачности средней и дальней частей ИК
области спектра (1.5 - 1000 мкм), В этих
диапазонах распространяется собственное
тепловое излучение
Тепловая съемка применяется при поисках
подземных вод, выявлении элементов тектоники,
поисках залежей нефти, решения экологических
задач, мониторинга тепловых сетей, нефте- и
газопроводов.
Вулкан Этна, июль 2001 г. Псевдоцветное
изображение с использованием теплового
канала Terra (Aster) – NASA. (Потоки лавы
выделяются красным и жёлтым цветами. Яркость
тона прямо пропорциональна интенсивности
тепловой аномалии).
Радарные съёмки
Радарная (радиолокационная) съемка осуществляется
в радиодиапазоне электромагнитного спектра (1 – 3 см). Сущность
съемки заключается в посылке радиосигнала, отражающегося по
нормали от изучаемого объекта и фиксируемого на приемнике,
установленном на борту носителя. Во многих случаях РЛ-снимки
оказываются геологически более информативными, чем снимки
спутников Landsat или других оптических сенсоров.
Для работы радара не требуется
солнечный свет. Кроме того,
радиоволны этого диапазона
свободно проходят через
сплошную облачность, снежный
покров, растительность, рыхлые
отложения и даже способны
проникать на некоторую глубину в
почву.
Радарные съёмки
Радарный снимок вершины вулкана Этна с разрешением 1 м
(спутник COSMO-Skymed-1 Итальянское космическое агенство).
Гора Фудзи
(спутник COSMO-Skymed-1 Итальянское космическое агенство, разрешение 5 м).
Спектрометрическая съёмка
Спектрометрическая (СМ) съемка проводится с целью измерения отражательной способности горных
пород. . Горные породы имеют различную отражательную способность, поэтому отличаются величиной
коэффициента спектральной яркости. Спектрометрическая съемка позволяет создавать банк данных о
спектральных характеристиках различных объектов и типах подстилающей поверхности
В настоящее время широко используется аэрогаммаспектраметрическая съёмка для оценки
радиактивного загрязнения, при поисках
углеводородного сырья, радиоактивных, редких,
цветных и благородных металлов.
Карта содержания тория Геологическая карта
Лидарная съёмка
Основные характеристики данных ДЗЗ
Важнейшими характеристиками снимка являются:
Пространственное разрешение
Радиометрическое разрешение
Спектральное разрешение
Временное разрешение
Основные характеристики снимков ДЗЗ
Пространственное разрешение
- величина, характеризующая размер наименьших
объектов, различимых на изображении.
Окресности Лас-Вегаса
Основные характеристики снимков ДЗЗ
Спектральное разрешение
указывает на то, какие участки спектра
электромагнитных волн (ЭМВ)
регистрируются сенсором.
Карта состояния водной среды Российского сектора Чёрного
моря. Снимок со спутника AQUA. Пространственное разрешение
250 м. Спектральные каналы 0.46-0.48; 0.54-0.56; 0.62 – 0.67 мкм
Сейчас существуют датчики, которые имеют сотни каналов. Так, датчик Hyperion имеет
220 каналов, охватывающих VNIR и SWIR диапазон (от 0,4 до 2,5 мкм), со спектральным
разрешением 0,01 мкм
Основные характеристики снимков ДЗЗ
Радиометрическое разрешение
определяется количеством градаций значений цвета, соответствующих переходу от
яркости абсолютно «черного» к абсолютно «белому», и выражается в количестве
бит на пиксел изображения. Это означает, что в случае радиометрического
разрешения 6 бит на пиксел мы имеем всего 64 градации цвета (2(6) = 64); в случае
8 бит на пиксел - 256 градаций (2(8) = 256), 11 бит на пиксел (сенсор спутника
ICONOS)- 2048 градаций).
Колизей. Рим,Италия
Основные характеристики данных ДЗЗ
Временное разрешение
-
временной интервал между двумя последовательными изображениями одного и того же участка
местности. Этот параметр весьма важен для мониторинга чрезвычайных ситуаций и других быстро
развивающихся явлений. Большинство спутников (точнее, их семейств) обеспечивают повторную
съемку через несколько дней, некоторые – через несколько часов. В критических случаях для
ежедневного наблюдения могут использоваться снимки с различных спутников, однако, нужно
иметь в виду, что заказ и доставка сами по себе могут потребовать немалого времени. Одним из
вариантов решения является приобретение приемной станции, позволяющей принимать данные
непосредственно со спутника.
Мониторинг строительства олимпийских объектов в Сочи.
Спутники для съёмки Земли выводят на приполярную
солнечно-синхронную орбиту, чтобы съёмка
покрывала всю поверхность Земли, а угол освещения
земной поверхности был приблизительно одинаковым
на всех проходах спутника (для этого спутник должен
проходить над любой точкой земной поверхности приблизительно в
одно и то же местное солнечное время )
Траектория съёмки.
Траектория подспутниковой точки
обуславливается движением
спутника и вращением Земли
Орбита МКС. Приполярные
области недоступны для
наблюдения
Орбита спутников ДЗЗ.
Вся поверхность Земли
доступна для съёмки.
Если наклон орбиты равен U градусов, то спутник покрывает
наблюдениями и съемкой полосу поверхности Земли от
южной широты U до северной широты U.
Съемка производится в
окрестности подспутниковой
точки (в надире от спутника).
Предварительная обработка данных ДЗЗ
Вид обработки
Уровни
Предварительная
обработка
0
Содержание операций
Распаковка битового потока по приборам и каналам
Привязка бортового времени к наземному
Разделение на кадры
1А
Радиометрическая коррекция по паспортным данным датчика
Оценка качества изображений (% сбойных пикселей)
Нормализация
Геометрическая коррекция по паспортным данным датчика
1Б
1С
Географическая привязка по орбитальным данным и угловому
положению КА
Географическая привязка по информации БД опорных точек (ЦКМ)
Оценка качества изображений (% облачности)
Преобразование в заданную картографическую проекцию
Стандартная
межотраслевая
обработка
2А
Заказная
тематическая
обработка
3
Полная радиометрическая коррекция
Полная геометрическая коррекция
Спутниковые системы навигации
NAVSTAR GPS (NAVigation Satellites providing
Time And Range; Global Positioning System)
разработана, реализована и эксплуатируется
Министерством обороны США. (31 аппарат в
марте 2010 года). Точность позиционирования
20 м. В ближайшие 10 лет планируется
полностью обновить спутники, повысив точность
до 0.5 м.
ГЛОНАСС (Глобаальная навигациоонная
спутниковая система) разработана по заказу
Министерства обороны СССР. Управляется
Федеральным космическим агентством
(Роскосмос) и ОАО «Российские космические
системы». В настоящее время работает 21
спутник (+2 в резерве)
Точность навигационных определений
ГЛОНАСС (ГЛ) и NAVSTAR (GPS)
По широте
По долготе
По высоте
ГЛ
GPS
ГЛ
GPS
ГЛ
GPS
Беллинсгауз
ен
6.50
3.10
6.47
2.25
12.90
7.34
Иркутск
4.90
3.13
6.77
2.93
11.74
7.05
Камчатка
4.41
3.20
5.46
2.66
8.24
4.14
Кисловодск
5.55
4.04
8.99
2.54
13.26
6.40
Менделеево
6.52
3.66
5.61
3.08
14.17
7.41
Новосибирс
к
8.70
4.30
7.48
2.55
17.90
9.81
Норильск
5.11
3.22
6.49
2.56
12.56
8.43
Пулково
6.51
5.05
7.37
3.62
15.48
9.07
Светлое
8.16
3.43
7.98
2.11
16.73
7.30
Создаваемые спутниковые системы навигации.
Галилео (Galileo) — совместный проект спутниковой системы
навигации Европейского союза и Европейского космического агентства.
Система предназначена для решения навигационных задач для любых подвижных
объектов с точностью менее одного метра. Ныне существующие GPS-приёмники не смогут
принимать и обрабатывать сигналы со спутников Галилео, хотя достигнута договорённость о
совместимости и взаимодополнению с системой NAVSTAR GPS третьего поколения.
Ожидается, что «Галилео» войдёт в строй в 2014—2016 годах, когда на орбиту будут
выведены все 30 запланированных спутников (27 операционных и 3 резервных).
Бэйдоу
- спутниковая навигационная система Китая.
Первая Бэйдоу официально называвшаяся «экспериментальной», или «Бэйдоу-1», состоит из
трёх спутников и обеспечивает навигационными услугами пользователей внутри Китая и
приграничных территорий с 2000 года.
Бэйдоу второго поколения, или «Бэйдоу-2», официально называемая так же «Навигационная
система Компас», на данный момент имеет 5 спутников, и будет предлагать свои услуги
потребителям в Азиатско-тихоокеанском регионе в 2012 году. Полную групировку спутников
для покрытия всего земного шара в числе 35 планируется вывести к 2020 году.
IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) — индийская
региональная навигационная спутниковая система.
IRNSS будет
обеспечивать только региональное покрытие самой Индии и частей сопредельных
государств. Первый спутник был запущен в 2008 году. Проектная дата завершения
работ (7 спутников) 2011 год.
Технические сложности спутниковых систем навигации.
Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных
приёмников. Этот недостаток обычно устраняется
требованием получения информации не менее чем с трёх
(2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх
(3-мерная навигация) спутников;
Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая
на орбиты спутников;
Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и
направление распространения радиоволн может меняться
в определённых пределах;
Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно
заметно в городе;
Невозможность разместить на спутниках передатчики
большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен
только в прямой видимости на открытом воздухе.
Растр
Данные
ДЗЗ
ГИС
Первичная
обработка
Дешифрирование,
векторизация
Объекты,
покрытия
Таблицы
атрибутов