ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ И ОПЕРАЦИИ НАЛОЖЕНИЯ В ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Наиболее важной возможностью ГИС – системы является комбинирование картографического представления каких – либо данных с иными наборами данных. Чаще всего такое комбинирование называют оверлейными операциями (операции наложения).

Самым знаменитым разработчиком, основателем в данной сфере был и является Ян МакХарг (Ian McHarg). Чтобы создавать свои карты он использовал листы пластиковой прозрачной пленки, на каждой из которых он изображал различные элементы окружающей среды. Он использовал метод затемнения пленок, тем самым показывая чувствительность окружающей среды к негативным факторам. Накладывая листы пленки друг на друга различные параметры, нанесенные на пленку, складывали общую картину чувствительности окружающей среды в целом. После чего такая система служила основой для принятия решений по вопросу рационального использования и охраны природных ресурсов.

Геоинформационные системы позволяют выполнять наложение данных автоматизировано, что способствует появлению новых гипотез, теорий и законов, изучаемых специалистами различного профиля, например, географами или картографами. [1, c. 142]

Сейчас, в эпоху компьютерных технологий, становится возможным получение различных, труднодоступных сведений, которые не могли быть получены без персонального компьютера. В настоящий момент любой пользователь может использовать любой набор данных, исследуя его детали.

Существует и обратная сторона медали. Так как геоинформационные системы позволяют производить огромное количество наложений, то это может спровоцировать значительное количество ошибок при работе и сравнении данных в различных слоях карты.

Одним из видов наложения является растровое наложение. Растровый тип наложения данных представляет собой сравнение ячеек растров, у которых совпадает положение в пространстве (рис. 1). Принимая это во внимание всегда необходимо помнить, что разрешение растровых изображений исходно должны быть одинаковы, иначе, если входные растры соответствуют разным областям и имеют различную географическую привязку, то первоначальной задачей будет стоять приведение пространственных характеристик в соответствие к одной величине. [3, c. 121]

Рисунок 1. Принцип наложения растров

В соответствии с принятыми правилами наложение определяют как метод сравнения полигональных покрытий. Но тем не менее в настоящее время выделяют и другие виды наложений линейных и точечных данных. Рассмотрим, используемые типы наложений: «точка в полигоне», «линия в полигоне», «полигон в полигоне».

Растровые ячейки – это точечная информация, визуализировано они могут представлять собой колодцы, скважины, пункты геодезической сети или точки стояния. Сравнивать данные объекты с полигональными можно посредством присвоения индивидуальных чисел, категорий или других идентифицирующих признаков. Сравнивая ячейки двух растровых изображений становится очевидна принадлежность точеных объектов, или набора точеных данных к заданному полигону (они должны быть расположены внутри его площади).

Алгоритм сравнения растровых ячеек заключается в матричной системе, которую часто называют алгеброй картографии (map algebra - алгеброй карт). Указанные алгоритмы позволяют выполнять математические подсчеты и вычисления над исследуемыми растрами, используя операторы и функции. Благодаря указанным операциям, оператор может выполнять любые наложения. Кроме того, отметим, что такие операции операторы могут выполнять на множестве (двух и более) входных изображений растрового типа. [4, c. 61]

Отметим, что векторное наложение позволяет использовать картографические продукты, которые лишь напоминают традиционные «ручные» карты, но при этом качественно отличаются от растровых в лучшую сторону.

Наиболее простым методом автоматизированного (компьютерного) векторного наложения является наложение САПР. Этот метод наиболее приближен к методу ручному и заключается в расположении символов на одной поверхности. По результату работы данным методом оператор получает экранное изображение, но не группа пространственных объектов одном файле. Само программное обеспечение не предполагает топологию объектов, а также не отвечает за объединение атрибутов объектов. Наложение данным способом предполагает лишь графическую отрисовку каждого слоя и создание единого изображения. Такое изображение можно сохранить файлом различного разрешения на компьютерном диске. Но при этом отсутствует возможность использования аналитических функций ГИС.

Для аналитических целей наложение САПР может быть весьма полезно, так как выполнение сложных вычислительных операций не всегда целесообразно, например, для определения пространственного подобия такие операции не требуются. Указанное действие выполняется визуально и не требует дополнительных средств. Подытожив отметим, что использование метода наложения достойно внимания лишь потому, что он обеспечивает быстрое и простое выполнение.

Рассмотрим, также, и метод топологического векторного наложения. Топологическое векторное наложение предполагает возможности определения положения точеных или линейных объектов относительно полигональных, с которыми происходит сравнение. Используя данный метод необходимо иметь в виду общую систему координат векторных данных.

Наложение «точка в полигоне» представляет собой соотношение точек с границами полигонального объекта, при это преследуя цель определить принадлежность таких точек к внутренней области полигона (рис. 2).

Рисунок 2. Принцип метода метод топологического векторного наложения

Цель рассматриваемого наложения – создание совершенно нового покрытия исключительно с объектами полигонального типа, содержащие указанные точки. Или же может стоять иная задача – осуществление выборки точек, лежащих в области конкретного полигона. Еще одной задачей может являться расчет точек в границах какой-либо области.

Наложение «линия в полигоне» - это метод при котором производится соотнесение координатных точек концов линий, а также ее промежуточных точек с границей полигонального объекта. Цель данного метода – определение принадлежности точек линии к полигону. Значительным моментом является то, что линейный объект может быть расположен таким образом, что какая-либо его часть пересекает границу полигона. То есть, в таком случае, выполняется условие: если хотя бы одна точка линейного объекта лежит в плоскости полигона и соприкасается с ним, то должно быть зафиксировано пересечение. [5, c. 54]

Однако выделяют и более корректный подход в данном вопросе. Такой подход сводится к определению точек пересечения линии с полигоном и создание внутри узловых объектов, позволяющих разделить атрибуты внутренних и внешних линий.

В случае, если лесозащитная полоса пересекает границу между пашни, сенокоса, пастбища или других угодий, то проанализировав такую ситуацию, можно определить какая часть полосы принадлежит каждой из областей и в последствии создать табличную структуру базы данных, показывающую это отношение.

По итогу отметим, что методы «точка в полигоне» и «линия в полигоне» это вопрос не только графического соотношения объектов, но вопрос соотношения атрибутов.

Список литературы:

1. Волков С.Н. Землеустройство. Системы автоматизированного проектирования в землеустройстве. Т.6. –М.: Колос, 2002. – 328с.
2. Папаскири Т.В. Информационное обеспечение современного землеустройства. Ж-л «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель».- М.: ИД «Панорама», Изд-во «Афина», — 2011.-№ 5. – С. 29-40
3. Папаскири Т.В. Геоинформационные системы и технологии автоматизированного проектирования в городском кадастре: Учебно-методическое пособие. ¾ М.: ГУЗ, 2004. ¾ 265 с.
4. Папаскири Т.В. Геоинформационные системы и технологии автоматизированного проектирования в землеустройстве: Учебно-методическое пособие. ¾ М.: ГУЗ, 2003. ¾ 180 с.
5. Папаскири Т.В. Технологии САПР и ГИС в землеустроительном проектировании. Ж-л «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель» - М.: ИД «Панорама», Изд-во «Афина», №2/2005, Стр.27-30
6. Раклов В.П. Картография и ГИС: Учебное пособие для вузов. – М.: Академический Проект; Киров: Константа, 2011.- 214 с.