2. Введение в ГИС¶
|
Цель: |
Понять что такое ГИС и для чего они используются. |
Основные понятия: |
ИС, компьютер, карты, данные, информационная система, пространственный, анализ |
2.1. Обзор¶
Так же, как мы используем текстовый процессор для создания документов и работы со словами на компьютере, мы используем ГИС-приложение для работы с пространственной информацией. ГИС это сокращение от Географическая Информационная Система.
ГИС состоит из:
Digital Data –– the geographical information that you will view and analyse using computer hardware and software.
Аппаратное обеспечение — компьютеры, хранящие, отображающие и обрабатывающие данные.
Программное обеспечение — программы, запускаемые на компьютерах и позволяющие работать с цифровыми данными. Программы, являющие частями ГИС называют ГИС-приложениями.
ГИС-приложения позволяют открывать электронные карты на компьютере, создавать новые пространственные объекты и добавлять их на карты, изготавливать печатные карты и выполнять пространственный анализ.
Рассмотрим небольшой пример использования ГИС. Представьте себе, что вы медицинский работник и у вас есть записи с датой посещения и местом проживания каждого пациента.
Долгота |
Широта |
Заболевание |
Дата |
|---|---|---|---|
26.870436 |
-31.909519 |
Свинка |
13/12/2008 |
26.868682 |
-31.909259 |
Свинка |
24/12/2008 |
26.867707 |
-31.910494 |
Свинка |
22/01/2009 |
26.854908 |
-31.920759 |
Корь |
11/01/2009 |
26.855817 |
-31.921929 |
Корь |
26/01/2009 |
26.852764 |
-31.921929 |
Корь |
10/02/2009 |
26.854778 |
-31.925112 |
Корь |
22/02/2009 |
26.869072 |
-31.911988 |
Свинка |
02/02/2009 |
26.863354 |
-31.916406 |
Ветряная оспа |
26/02/2009 |
По этой таблице видно, что больше всего случаев заболевания корью было в январе и феврале. Наш медицинский работник записал расположение каждого пациента, указав координаты (широту и долготу) его дома в таблице. Используя эти данные в ГИС-приложении мы можем намного больше узнать о распределении болезней:
Рис. 2.4 Пример, показывающий данные о болезнях в ГИС приложении. Легко видеть, что больные свинкой живут рядом друг с другом.¶
2.2. Подробнее о ГИС¶
ГИС являются относительной новой областью — они появились в 1970-х. Раньше считалось, что компьютеризированные ГИС доступны только крупным компаниям и университетам, которые имели дорогое оборудование. В наше время любой человек, имеющий компьютер или ноутбук может использовать программное обеспечение ГИС. Со временем ГИС-приложения становились проще в использовании — раньше для работы с ГИС необходимо было пройти специальное обучение, теперь же начать использовтаь ГИС значительно легче: это по силам даже любителям и рядовым пользователям. Как было сказано выше, ГИС это не только программное обеспечение, они вовлечены во все аспекты управления и использования электронных геоданных. В дальнейшем мы сосредоточимся на изучении ГИС-приложений.
2.3. Что такое ПО ГИС / ГИС-приложение?¶
Получить общее представление о внешнем виде ГИС-приложения можно из рисунка figure_gis_application. Обычно, ГИС-приложения это программы с графическим интерфейсом, взаимодействие с которыми осуществляется при помощи мыши и клавиатуры. В верхней части окна приложения находится меню (пункты «Файл», «Правка» и т.д.). Нажатие на элемент меню открывает список доступных действий. При помощи действий мы сообщаем ГИС-приложению что мы хотим сделать. Например, можно использовать меню, чтобы добавить на карту новый слой.
Рис. 2.5 При щелчке мышью меню приложения раскрывается и отображает список действий, которые можно выполнить.¶
Панели инструментов (ряд небольших картинок, на которые можно нажимать при помощи мыши) обычно расположены под меню и предоставляют быстрый доступ к наиболее используемым действиям.
Рис. 2.6 Панели инструментов предоставляют быстрый доступ к наиболее востребованным функциям. Задержав курсор над кнопкой, как правило, можно получить краткое описание её назначения.¶
Общей для всех ГИС-приложений является способность отображать слои карты. Слои хранятся в виде файлов на диске или как записи в базе данных. Как правило, каждый слой соответствует каким-либо объектам реального мира — например, слой дорог содержит информацию о дорожной сети.
When you open a layer in the GIS Application it will appear in the map view. The map view shows a graphic representing your layer. When you add more than one layer to a map view, the layers are overlaid on top of each other. Look at figures figure_map_view_towns, figure_map_view_schools, figure_map_view_railways and figure_map_view_rivers to see a map view that has several layers being added to it. An important function of the map view is to allow you to zoom in to magnify, zoom out to see a greater area and move around (panning) in the map.
Рис. 2.7 Карта с добавленными слоями. На карту добавлен слой городов.¶
Рис. 2.8 Карта с добавленными слоями. На карту добавлен слой школ.¶
Рис. 2.9 Карта с добавленными слоями. На карту добавлен слой железных дорог.¶
Рис. 2.10 Карта с добавленными слоями. На карту добавлен слой рек.¶
Another common feature of GIS Applications is the map legend. The map legend provides a list of layers that have been loaded in the GIS Application. Unlike a paper map legend, the map legend or „layers list“ in the GIS Application provides a way to re-order, hide, show and group layers. Changing the layer order is done by clicking on a layer in the legend, holding the mouse button down and then dragging the layer to a new position. In figures figure_map_legend_before and figure_map_legend_after the map legend is shown as the area to the left of the GIS Application window. By changing the layer order, the way that layers are drawn can be adjusted –– in this case so that rivers are drawn over the roads instead of below them.
Рис. 2.11 ГИС позволяет легко менять стиль — способ отображения информации.¶
Рис. 2.12 Изменение порядка слоёв позволяет настраивать их отображение. Перед изменением порядка слоёв, реки отображались под дорогами.¶
Рис. 2.13 Изменение порядка слоёв позволяет настраивать их отображение. Перед изменением порядка слоёв, реки отображались над дорогами.¶
2.4. Получение ГИС-приложения¶
There are many different GIS Applications available. Some have many sophisticated features and cost tens of thousands of Rands for each copy. In other cases, you can obtain a GIS Application for free. Deciding which GIS Application to use is a question of how much money you can afford and personal preference. For these tutorials, we will be using the QGIS Application. QGIS is completely free and you can copy it and share it with your friends as much as you like. If you received this tutorial in printed form, you should have received a copy of QGIS with it. If not, you can always visit https://www.qgis.org/ to download your free copy if you have access to the internet.
2.5. ГИС данные¶
Теперь, когда мы знаем что такое ГИС и что такое ГИС-приложение, поговорим о ГИС-данных. Данные это синоним слова информация. Информация, используемая в ГИС, как правило имеет географическую составляющую. Вспомните приводившийся пример о медицинском работнике. Он создал таблицу с заболеваниями, которая выглядит так:
Долгота |
Широта |
Заболевание |
Дата |
|---|---|---|---|
26.870436 |
-31.909519 |
Свинка |
13/12/2008 |
Столбцы с широтой и долготой содержат географические данные. Столбцы с названием болезни и датой содержат не географические данные.
Общей для всех ГИС возможностью является «связывание» информации (не географических данных) с местами (географическими данными). Само собой, ГИС-приложение может хранить разную информацию, которая привязанна к одному и тому же месту, что невозможно при использовании бумажных карт. Например, наш медицинский работник может в своей таблице хранить сведения о возрасте и поле пациентов. Когда ГИС-приложение отображает слой, мы можем выполнить отрисовку на основе информации о поле, или о типе заболевания и т.д. Таким образом, при помощи ГИС-приложения мы можем легко изменять внешний вид карты в зависимости от не географических данных, связанных с местами.
ГИС работают с данными различных видов. Векторные данные хранятся как последовательности пар координат X, Y. Векторные данные используются для отображения точек, линий и площадных объектов (полигонов). На рисунке figure_vector_data показаны различные типы векторных данных в ГИС-приложении. В последующих разделах векторные данные рассматриваются подробнее.
Рис. 2.14 Векторные данные используются для отображения точек (например, городов), линий (например, рек) и полигонов (например, административных границ).¶
Raster data are stored as a grid of values. There are many satellites circling the earth and the photographs they take are a kind of raster data that can be viewed in a GIS. One important difference between raster and vector data is that if you zoom in too much on a raster image, it will start to appear „blocky“ (see illustrations figure_raster_data and figure_raster_data_zoom). In fact these blocks are the individual cells of the data grid that makes up the raster image. We will be looking at raster data in greater detail in later tutorials.
Рис. 2.15 Растровые данные это чаще всего спутниковые изображения. Здесь показаны горы Восточно-Капской провинции.¶
Рис. 2.16 Те же растровые данные, но увеличенные. Можно увидеть пиксельную сетку.¶
2.6. Что мы узнали?¶
Подведем итоги:
ГИС это система, состоящая из аппаратного обеспечения, программ и пространственных данных.
ГИС-приложение позволяют просматривать пространственные данные и являются важной частью ГИС.
ГИС-приложение как правило имеет меню, панели инструментов, область карты и легенду.
В ГИС-приложениях используются векторные и растровые данные.
Пространственные данные могут быть связаны с непространственными данными.
2.7. Попробуйте сами!¶
Вот некоторые идеи для заданий:
География: Опишите учащимся концепцию ГИС, как это сделано в этом разделе. Попросите их найти 3 причины по которым использование ГИС лучше обычных бумажных карт. Вот несколько подсказок:
ГИС-приложения позволяют создавать разные виды карт из одного и того же набора данных.
ГИС — отличный инструмент визуализации, который может показать различные аспекты данных и то как они связанны в пространстве (выше приводился пример со вспышками заболеваний).
Бумажные карты должны быть созданы, а для их просмотра требуется много времени. ГИС могут обрабатывать огромные объемы картографических данных и позволяют легко и быстро найти необходимый участок.
География: Попросите учащихся придумать примеры использования растровых данных со спутников. Наши подсказки:
В случае природных катаклизмов растровые данные могут быть полезны для поиска пострадавших областей. Например, снимок полученный во время наводнения позволит выявить районы, где люди нуждаются в спасении.
Иногда люди наносят вред окружающей среде, например создавая свалки опасных химикатов, которые убивают растения и животных. Использование растровых данных со спутников помогает в мониторинге таких проблем.
Спутниковые снимки могут использоваться при планировании городской застройки (рациональное использование инфраструктуры).
2.8. Стоит учесть¶
Если у вас нет компьютера, для объяснения большинства разделов можно использовать доску и прозрачную пленку, так как подход в наложении слоёв одинаков. Однако, для более полного понимания ГИС лучше все таки иметь компьютер.
2.9. Дополнительная литература¶
Книга: Desktop GIS: Mapping the Planet with Open Source Tools. Автор: Gary Sherman. ISBN: 9781934356067
Подробную информацию об использовании QGIS можно найти в Руководстве пользователя QGIS.
2.10. Что дальше?¶
В следующих разделах мы будем углублять полученные знания и учиться использовать ГИС-приложения. Все задания будут выполняться в QGIS. Давайте познакомимся с векторными данными!