Методические указания к заданию 3.1

Геоинформационные системы

Цель работы

Получить навыки в использовании геоинформационных систем.

Общие сведения

Рассмотрим морфологию термина «геоинформационная система».

Гео (от греч. ge - Земля) — часть сложных слов, которая означает, что данный термин относится к Земле, к её изучению (например, география).

Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность.

Информационная система — автоматизированная компьютерная система, предназначенная для сбора, хранения, обновления, обработки, анализа и предоставления пользователям информации в соответствии с их запросами.

Геоинформационная система (ГИС) — информационная система, содержащая географическую базу данных и предназначенная для сбора, хранения, обновления, анализа и графической визуализации пространственных данных об объектах и связанной с объектами информации.

Геоинформационные системы используются для решения следующих задач:

анализ глобальных проблем (перенаселение, загрязнение территорий, сокращение лесных угодий);

прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций (пожаров, наводнений, землетрясений, селей, ураганов, радиационного заражения, извержения вулканов);

обеспечение градостроительной деятельности (определение владельцев земельных участков, поиск свободных мест для строительства зданий);

выявление взаимосвязи (закономерностей) между различными параметрами (например, влияние почвы и климата на урожайность сельскохозяйственных культур);

прогнозирование погоды (температуры, осадков, облачности, направления ветра, атмосферного давления, магнитной обстановки);

проведение медико-экологических исследований и экспертиз;

поиск местоположения (адресов) объектов (населённых пунктов, организаций, учреждений, улиц);

поиск объектов в заданном радиусе (в непосредственной близости от указанной точки);

поиск оптимального маршрута поездки между населёнными пунктами или объектами одного населённого пункта;

формирование подсказок водителю о целесообразном маневрировании на перекрёстках дорог и улиц, о пробках на дорогах;

оказание помощи в ориентации людей на местности (лётчики, моряки, водители, геологи, туристы, охотники, рыбаки);

выбор оптимальных маршрутов прокладки нефтепроводов, сетей связи, теплоснабжения, энергоснабжения, газоснабжения, водоснабжения и водоотведения;

поиск вариантов оптимального размещения гостиниц, ресторанов, торговых центров, медицинских учреждений, спортивных сооружений;

определение места нахождения транспортного средства и примерного времени его прибытия.

Конечно, список задач, которые можно решить с помощью ГИС можно ещё долго продолжать.

Перечислим несколько распространённых геоинформационных систем: ArcGIS, MapInfo, ДубльГИС, GISmeteo, GeoMedia, Zulu.

Популярные ГИС клонируются для всех операционных систем, браузеров, компьютеров и мобильных телефонов.

Большой популярностью в Интернете пользуются карты поисковых систем Google и Яндекс (см. следующий рисунок).

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Не менее популярна геоинформационная система GISmeteo. Миллионы людей начинают свой день с изучения прогноза погоды. Можно получить информацию о температуре воздуха, облачности, направлении и силе ветра, осадках, геомагнитной обстановке и т.п. Вывод информации происходит не только на текущий момент времени, но и на ближайшую перспективу в динамической форме с помощью анимации. Можно наглядно рассмотреть, как перемещается, например, облака из одной местности в другую.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

При вводе карт в компьютер выполняется сканирование бумажных носителей (оцифровка, аналого-цифровое преобразование). Непосредственно в цифровой форме изображения получают с помощью фотоаппаратов, установленных на воздушных суднах и космических аппаратах.

Для хранения карт и сведений о них в ГИС используются реляционные базы данных, причём карты хранятся в двух форматах: в растровом и векторном. Растровые изображения формируются из множества точек, для которых указывается их положение на экране и цвет. Современные ГИС позволяют работать с растровыми изображениями практически любых форматов: BMP, PNG, GIF, JPEG и TIFF. Векторные изображения создаются с помощью математических выражений. В ГИС используются такие векторные форматы: DXF, SXF, SHP.

Данные в геоинформационных системах описывают реальные объекты: здания, водоёмы, леса, луга, пашни, болота. Объекты имеют различную протяжённость, ширину и конфигурацию. Для их отображения можно использовать разные средстве векторной графики: точки, линии, полигоны. Линии служат для изображения протяжённых объектов, одним из размеров которых можно пренебречь. С помощью ломанной линии, составленной из отрезков прямых линий, изображаются автомобильные дороги, железнодорожные пути, реки. Многоугольники (полигоны) используются для изображения объектов, длиной или шириной которых нельзя пренебречь. Примерами могут служить озера, водохранилища, парки, здания, страны, континенты.

ГИС позволяют работать не только с векторными и растровыми картами, но и с матричными данными.

Матричные данные – это массивы информации в виде регулярной сетки, где каждому узлу (ячейке) присвоены определённые значения (высота рельефа, качество почвы, урожайность зерновых, степень загрязнения химическими отходами и т.п.). На матричных картах нет объектов, но карта имеет привязку по координатам и позволяет определять значение конкретной характеристики в любой точке местности.

В отличие от карт на бумажных носителях, электронные карты содержат дополнительную информацию, которую можно использовать по мере необходимости. Эта информация выводится на дисплей послойно. Слой составляют объекты, объединённые одной темой. Один слой электронной карты может содержать сведения о дорогах, второй - о гостиницах, третий - о автозаправочных станциях и т. д. Каждый слой можно просматривать по-отдельности или совмещать сразу несколько слоёв. Можно получить дополнительную информацию об интересующем объекте, щёлкнув по нему мышкой. Например, щелчок по изображению здания выводит список организаций, размещённых в этом здании.

Электронные карты позволяют легко изменять масштаб изображения. С их помощью можно проводить вычисления площадей, длин, периметров объектов и расстояний между ними.

Изображение карты местности можно получить трёхмерным (3D).

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Городские ГИС дают возможность пассажирам определить, где в данный момент находится транспортное средство и оценить время его ожидания.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

ГИС предоставляют пользователям массу сервисов: определить адрес нужной организации, время работы мастерской, доменный адрес театра, отыскать на карте строящиеся здания и т.п. На рисунке показана возможность определения объектов, находящихся в непосредственной близости.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Задания на выполнение лабораторной работы

Задание 1. Выбор маршрута транспорта

С помощью геоинформационной системы 2ГИС (http://samara.2gis.ru/) определить, какие маршруты транспорта проходят вблизи объектов, указанных в табл.3.1.1 Вид транспорта указан в третьем столбце таблицы.

Таблица 3.1.1

Варианты Объекты Транспорт
Площадь Революции Автобус
Площадь Куйбышева Автобус
Комсомольская площадь Троллейбус
Площадь Кирова Трамвай
Храм в честь Собора Самарских Святых Троллейбус
Хлебная площадь Трамвай
Площадь Чапаева Автобус
Площадь Мочалова Троллейбус
Площадь Славы Трамвай
Самарская площадь Автобус
Площадь Сельского хозяйства Трамвай
Площадь Дзержинского Автобус
Храм Святой мученицы Татианы Трамвай
Храм в честь Успения Божией Матери Автобус
Часовня Святителя Алексия Московского Троллейбус
Ильинская площадь Трамвай

Задание 2. Определение траектории движения транспортного средства

С помощью геоинформационной системы 2ГИС (http://samara.2gis.ru/) определить, по каким улицам города Самары проходит указанный транспорт (табл.4.2). Отчёт оформить в виде скриншота карты с указанием конечных остановок транспортного средства.

Таблица 4.2.

Варианты Транспорт Маршрут
Автобус
Автобус
Троллейбус
Трамвай
Троллейбус
Трамвай
Автобус
Троллейбус
Трамвай
Автобус
Трамвай
Автобус
Трамвай
Автобус
Трамвай
Трамвай

Задание 3. Оценка расстояния между объектами

С помощью геоинформационной системы 2ГИС (http://samara.2gis.ru/) ориентировочно (по прямой линии) оценить расстояние между объектами, указанными в табл. 3.3.1.

Таблица 3.3.1.

Вар. Объект 1 Объект 2
Смотровая площадка Детский парк им. Гагарина
Парк Победы Ботанический сад
Зоопарк Парк Дружба
Детский парк им. Щорса Парк Молодёжный
Воронежские озера Парк им. 50-летия Октября
Парк им. Горького Сквер Фадеева
Сквер Высоцкого Сквер Калинина
Сквер Кузнецова Сквер Маяковского
Сквер Мичурина Сквер Чехова
Сквер Пушкина Сквер болгаро-советской дружбы
Аквапарк Драмтеатр им. М.Горького
Самарский театр кукол Театр оперы и балета
Филармония Концертный зал им Дзержинского
Музей истории г. Самары Дом-музей И.Е.Репина
Художественный музей Музей-усадьба А.Н.Толстого
Дом-музей В.И.Ленина Музей Самара космическая

Задание 4. Определение расстояния от места жительства до места учёбы

Определить, какое расстояние от места Вашего проживания до ВУЗа и примерное время, которое необходимо затратить при движении пешком между объектами. Траектория движения должна проходить по пешеходным зонам.

Задание 5. Определение текущего местоположения общественного транспорта

С помощью сайта транспортного оператора Самары (www.tosamara.ru.) определить, где находятся в данный момент времени транспортные средства указанного маршрута (таблица 4.2). Отчёт должен содержать скриншот дату и время, в которое было произведено наблюдение. Целесообразно задание выполнять в дневное время, когда работает общественный транспорт.

Задание 6. Оценка дорожной обстановки на улицах города

С помощью карт сайта yandex.ru оценить дорожную обстановку на улице, выбранной в соответствии со своим вариантом (таблица 3.6.1). Отчёт должен содержать название улицы, число баллов, дату и время, в которое было произведено наблюдение дорожной обстановки.

Таблица 3.6.1

Варианты Улица, шоссе, проспект
Ул. Гагарина
Ул. Аэродромная
Ул. Ново-Садовая
Ул. Ново-Вокзальная
Ул. Фрунзе
Ул. Советской Армии
Ул. Аврора
Ул. Демократическая
Ул. Ташкентская
Ул. Алма-Атинская
Ул. Главная
Ул. Ракитовское шоссе
Зубчаниновское шоссе
Южное шоссе
Проспект Масленникова
Московское шоссе

Задание 7. Прогноз дорожной обстановки

Сделать прогноз дорожной обстановки на 24 часа вперёд по отношению ко времени, указанному в предыдущем задании.

Задание 8. Определение расстояния между городом Самара и другими городами России

Таблица 3.8.1

Варианты Город Варианты Город
Астрахань Казань
Брянск Киров
Владивосток Красноярск
Владимир Курск
Волгоград Москва
Вологда Нижний Новгород
Воронеж Омск
Екатеринбург Пенза

Задание 9. Определение расстояний между географическими объектами

Определить расстояние от г. Самары до указанных объектов.

Таблица 3.9.1

Вариант Населённый пункт Примечание
с. Алексеевка Алексеевский район
п. Безенчук Безенчукский район
с. Богатое Богатовский район
с. Большая Глушица Большеглушицкий район
с. Большая Черниговка Большечерниговский район
с. Борское Борский район
с. Елховка Елховский район
с. Исаклы Исаклинский район
с. Камышла Камышлинский район
г. Кинель Кинельский район
с. Кинель-Черкассы Кинель-Черкасский район
с. Клявлино Клявлинский район
с. Кошки Кошкинский район
с. Красноармейское Красноармейский район
с. Красный Яр Красноярский район
г. Нефтегорск Нефтегорский район

Порядок выполнения работы

Требования к отчёту

Отчёт должен содержать название работы, фамилию студента, номер группы, задания и результаты выполнения работы. Отчёт следует представить в электронном виде, он должен содержать фотографии (скриншоты) карт и необходимые комментарии. Отчёт должен быть оформлен в текстовом редакторе.

6. Контрольные вопросы

6.1. Для каких целей используются геоинформационные системы?

6.2. Какие форматы графики используются в ГИС?

6.3. С помощью какого сайта можно определить место дорожно-транспортного происшествия (ДТП)?

6.4. В каком году впервые в России стали регистрировать пробки на дорогах?

6.5. Какие специализированные сайты можно использовать для определения местоположения объектов, просмотра маршрутов общественного транспорта и наблюдения за их движением в реальном времени?

6.6. Как измерить расстояние между объектами?

6.7. Какие недостатки Вы заметили в работе изученных ГИС?

6.8. Как определить расписание движения транспорта?

6.9. Что означают разноцветные стрелки на карте с дорожными пробками?

6.10. Какое максимальное значение баллов используется для оценки пробок?

6.11. Как проверить, насколько точно сбывается прогноз дорожной обстановки?

Геоинформационные системы

Цель работы

Получить навыки в использовании геоинформационных систем.

Общие сведения

Рассмотрим морфологию термина «геоинформационная система».

Гео (от греч. ge - Земля) — часть сложных слов, которая означает, что данный термин относится к Земле, к её изучению (например, география).

Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность.

Информационная система — автоматизированная компьютерная система, предназначенная для сбора, хранения, обновления, обработки, анализа и предоставления пользователям информации в соответствии с их запросами.

Геоинформационная система (ГИС) — информационная система, содержащая географическую базу данных и предназначенная для сбора, хранения, обновления, анализа и графической визуализации пространственных данных об объектах и связанной с объектами информации.

Геоинформационные системы используются для решения следующих задач:

анализ глобальных проблем (перенаселение, загрязнение территорий, сокращение лесных угодий);

прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций (пожаров, наводнений, землетрясений, селей, ураганов, радиационного заражения, извержения вулканов);

обеспечение градостроительной деятельности (определение владельцев земельных участков, поиск свободных мест для строительства зданий);

выявление взаимосвязи (закономерностей) между различными параметрами (например, влияние почвы и климата на урожайность сельскохозяйственных культур);

прогнозирование погоды (температуры, осадков, облачности, направления ветра, атмосферного давления, магнитной обстановки);

проведение медико-экологических исследований и экспертиз;

поиск местоположения (адресов) объектов (населённых пунктов, организаций, учреждений, улиц);

поиск объектов в заданном радиусе (в непосредственной близости от указанной точки);

поиск оптимального маршрута поездки между населёнными пунктами или объектами одного населённого пункта;

формирование подсказок водителю о целесообразном маневрировании на перекрёстках дорог и улиц, о пробках на дорогах;

оказание помощи в ориентации людей на местности (лётчики, моряки, водители, геологи, туристы, охотники, рыбаки);

выбор оптимальных маршрутов прокладки нефтепроводов, сетей связи, теплоснабжения, энергоснабжения, газоснабжения, водоснабжения и водоотведения;

поиск вариантов оптимального размещения гостиниц, ресторанов, торговых центров, медицинских учреждений, спортивных сооружений;

определение места нахождения транспортного средства и примерного времени его прибытия.

Конечно, список задач, которые можно решить с помощью ГИС можно ещё долго продолжать.

Перечислим несколько распространённых геоинформационных систем: ArcGIS, MapInfo, ДубльГИС, GISmeteo, GeoMedia, Zulu.

Популярные ГИС клонируются для всех операционных систем, браузеров, компьютеров и мобильных телефонов.

Большой популярностью в Интернете пользуются карты поисковых систем Google и Яндекс (см. следующий рисунок).

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Не менее популярна геоинформационная система GISmeteo. Миллионы людей начинают свой день с изучения прогноза погоды. Можно получить информацию о температуре воздуха, облачности, направлении и силе ветра, осадках, геомагнитной обстановке и т.п. Вывод информации происходит не только на текущий момент времени, но и на ближайшую перспективу в динамической форме с помощью анимации. Можно наглядно рассмотреть, как перемещается, например, облака из одной местности в другую.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

При вводе карт в компьютер выполняется сканирование бумажных носителей (оцифровка, аналого-цифровое преобразование). Непосредственно в цифровой форме изображения получают с помощью фотоаппаратов, установленных на воздушных суднах и космических аппаратах.

Для хранения карт и сведений о них в ГИС используются реляционные базы данных, причём карты хранятся в двух форматах: в растровом и векторном. Растровые изображения формируются из множества точек, для которых указывается их положение на экране и цвет. Современные ГИС позволяют работать с растровыми изображениями практически любых форматов: BMP, PNG, GIF, JPEG и TIFF. Векторные изображения создаются с помощью математических выражений. В ГИС используются такие векторные форматы: DXF, SXF, SHP.

Данные в геоинформационных системах описывают реальные объекты: здания, водоёмы, леса, луга, пашни, болота. Объекты имеют различную протяжённость, ширину и конфигурацию. Для их отображения можно использовать разные средстве векторной графики: точки, линии, полигоны. Линии служат для изображения протяжённых объектов, одним из размеров которых можно пренебречь. С помощью ломанной линии, составленной из отрезков прямых линий, изображаются автомобильные дороги, железнодорожные пути, реки. Многоугольники (полигоны) используются для изображения объектов, длиной или шириной которых нельзя пренебречь. Примерами могут служить озера, водохранилища, парки, здания, страны, континенты.

ГИС позволяют работать не только с векторными и растровыми картами, но и с матричными данными.

Матричные данные – это массивы информации в виде регулярной сетки, где каждому узлу (ячейке) присвоены определённые значения (высота рельефа, качество почвы, урожайность зерновых, степень загрязнения химическими отходами и т.п.). На матричных картах нет объектов, но карта имеет привязку по координатам и позволяет определять значение конкретной характеристики в любой точке местности.

В отличие от карт на бумажных носителях, электронные карты содержат дополнительную информацию, которую можно использовать по мере необходимости. Эта информация выводится на дисплей послойно. Слой составляют объекты, объединённые одной темой. Один слой электронной карты может содержать сведения о дорогах, второй - о гостиницах, третий - о автозаправочных станциях и т. д. Каждый слой можно просматривать по-отдельности или совмещать сразу несколько слоёв. Можно получить дополнительную информацию об интересующем объекте, щёлкнув по нему мышкой. Например, щелчок по изображению здания выводит список организаций, размещённых в этом здании.

Электронные карты позволяют легко изменять масштаб изображения. С их помощью можно проводить вычисления площадей, длин, периметров объектов и расстояний между ними.

Изображение карты местности можно получить трёхмерным (3D).

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Городские ГИС дают возможность пассажирам определить, где в данный момент находится транспортное средство и оценить время его ожидания.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

ГИС предоставляют пользователям массу сервисов: определить адрес нужной организации, время работы мастерской, доменный адрес театра, отыскать на карте строящиеся здания и т.п. На рисунке показана возможность определения объектов, находящихся в непосредственной близости.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Задания на выполнение лабораторной работы

Задание 1. Выбор маршрута транспорта

С помощью геоинформационной системы 2ГИС (http://samara.2gis.ru/) определить, какие маршруты транспорта проходят вблизи объектов, указанных в табл.3.1.1 Вид транспорта указан в третьем столбце таблицы.

Таблица 3.1.1

Варианты Объекты Транспорт
Площадь Революции Автобус
Площадь Куйбышева Автобус
Комсомольская площадь Троллейбус
Площадь Кирова Трамвай
Храм в честь Собора Самарских Святых Троллейбус
Хлебная площадь Трамвай
Площадь Чапаева Автобус
Площадь Мочалова Троллейбус
Площадь Славы Трамвай
Самарская площадь Автобус
Площадь Сельского хозяйства Трамвай
Площадь Дзержинского Автобус
Храм Святой мученицы Татианы Трамвай
Храм в честь Успения Божией Матери Автобус
Часовня Святителя Алексия Московского Троллейбус
Ильинская площадь Трамвай

Задание 2. Определение траектории движения транспортного средства

С помощью геоинформационной системы 2ГИС (http://samara.2gis.ru/) определить, по каким улицам города Самары проходит указанный транспорт (табл.4.2). Отчёт оформить в виде скриншота карты с указанием конечных остановок транспортного средства.

Таблица 4.2.

Варианты Транспорт Маршрут
Автобус
Автобус
Троллейбус
Трамвай
Троллейбус
Трамвай
Автобус
Троллейбус
Трамвай
Автобус
Трамвай
Автобус
Трамвай
Автобус
Трамвай
Трамвай

Задание 3. Оценка расстояния между объектами

С помощью геоинформационной системы 2ГИС (http://samara.2gis.ru/) ориентировочно (по прямой линии) оценить расстояние между объектами, указанными в табл. 3.3.1.

Таблица 3.3.1.

Вар. Объект 1 Объект 2
Смотровая площадка Детский парк им. Гагарина
Парк Победы Ботанический сад
Зоопарк Парк Дружба
Детский парк им. Щорса Парк Молодёжный
Воронежские озера Парк им. 50-летия Октября
Парк им. Горького Сквер Фадеева
Сквер Высоцкого Сквер Калинина
Сквер Кузнецова Сквер Маяковского
Сквер Мичурина Сквер Чехова
Сквер Пушкина Сквер болгаро-советской дружбы
Аквапарк Драмтеатр им. М.Горького
Самарский театр кукол Театр оперы и балета
Филармония Концертный зал им Дзержинского
Музей истории г. Самары Дом-музей И.Е.Репина
Художественный музей Музей-усадьба А.Н.Толстого
Дом-музей В.И.Ленина Музей Самара космическая

Задание 4. Определение расстояния от места жительства до места учёбы

Определить, какое расстояние от места Вашего проживания до ВУЗа и примерное время, которое необходимо затратить при движении пешком между объектами. Траектория движения должна проходить по пешеходным зонам.

Задание 5. Определение текущего местоположения общественного транспорта

С помощью сайта транспортного оператора Самары (www.tosamara.ru.) определить, где находятся в данный момент времени транспортные средства указанного маршрута (таблица 4.2). Отчёт должен содержать скриншот дату и время, в которое было произведено наблюдение. Целесообразно задание выполнять в дневное время, когда работает общественный транспорт.

Задание 6. Оценка дорожной обстановки на улицах города

С помощью карт сайта yandex.ru оценить дорожную обстановку на улице, выбранной в соответствии со своим вариантом (таблица 3.6.1). Отчёт должен содержать название улицы, число баллов, дату и время, в которое было произведено наблюдение дорожной обстановки.

Таблица 3.6.1

Варианты Улица, шоссе, проспект
Ул. Гагарина
Ул. Аэродромная
Ул. Ново-Садовая
Ул. Ново-Вокзальная
Ул. Фрунзе
Ул. Советской Армии
Ул. Аврора
Ул. Демократическая
Ул. Ташкентская
Ул. Алма-Атинская
Ул. Главная
Ул. Ракитовское шоссе
Зубчаниновское шоссе
Южное шоссе
Проспект Масленникова
Московское шоссе

Задание 7. Прогноз дорожной обстановки

Сделать прогноз дорожной обстановки на 24 часа вперёд по отношению ко времени, указанному в предыдущем задании.

Задание 8. Определение расстояния между городом Самара и другими городами России

Таблица 3.8.1

Варианты Город Варианты Город
Астрахань Казань
Брянск Киров
Владивосток Красноярск
Владимир Курск
Волгоград Москва
Вологда Нижний Новгород
Воронеж Омск
Екатеринбург Пенза

Задание 9. Определение расстояний между географическими объектами

Определить расстояние от г. Самары до указанных объектов.

Таблица 3.9.1

Вариант Населённый пункт Примечание
с. Алексеевка Алексеевский район
п. Безенчук Безенчукский район
с. Богатое Богатовский район
с. Большая Глушица Большеглушицкий район
с. Большая Черниговка Большечерниговский район
с. Борское Борский район
с. Елховка Елховский район
с. Исаклы Исаклинский район
с. Камышла Камышлинский район
г. Кинель Кинельский район
с. Кинель-Черкассы Кинель-Черкасский район
с. Клявлино Клявлинский район
с. Кошки Кошкинский район
с. Красноармейское Красноармейский район
с. Красный Яр Красноярский район
г. Нефтегорск Нефтегорский район

Порядок выполнения работы

Методические указания к заданию 3.1

Запустить приложение 2ГИС. В графе «Что» указать название объекта. Нажать кнопку «Найти».

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Выбор необходимого размера изображения осуществляется с помощью масштабной линейки.

Методические указания к заданию 3.1 - student2.ru

Наши рекомендации