ArcGIS9 Начало работы

ВЭТОЙ ГЛАВЕ

•Что такое ГИС анализ?

•Шаги проекта ГИС

•Планирование вашего проекта

Начиная с этой главы и до конца этой книги, вы будете выполнять собст венный аналитический проект ГИС. В процессе решения поставленных за дач вы изучите методы выполнения собственных проектов ГИС. Вы узнае те несколько специальных методик анализа ГИС и, что, возможно, еще важ нее, вы узнаете, как планировать и выполнять проекты ГИС.

В этой главе представлен обзор анализа ГИС и показаны шаги, являющиеся частью выполнения проекта ГИС. А затем вы выполните первый шаг пла нирование проекта.

Сценарий проекта состоит в поиске оптимального места для строительства новой станции водоочистки для города Гринвелли. Чтобы определить оп тимальное место, нужно знать критерии выбора. Затем вам нужно будет выбрать данные, необходимые для реализации этих критериев и использо вать их для поиска подходящих мест для станции водоочистки. Это основ ные составляющие аналитического проекта ГИС.

Что такое ГИС анализ?

Словосочетание “ГИС анализ” заключает в себе широкий спектр операций, которые можно выполнять при помощи географической информационной системы: от простого отображения объектов до создания сложных многошаговых аналитических моделей.

Отображение географического распределения данных

Возможно, простейший способ ГИС анализа % представле% ние географического распределения данных. По сути это то же, что втыкание булавок в карту, простой, но мощный ме% тод выявления закономерностей.

Здесь сама карта % это и есть анализ. Департамент полиции может проанализировать закономерности кpаж, разместив на карте адреса взломов квартир. Можно увеличить инфор%

мативность карты, отобразив кражи разными знаками в за% висимости от времени суток, метода проникновения и типа украденных вещей.

Запрос к данным ГИС

Другой тип анализа ГИС % это запрос или выборка данных из базы данных. Запросы позволяют найти и рассмотреть определенные объекты. Есть два вида запросов к ГИС, атри% бутивные и пространственные запросы.

Атрибутивные запросы, называемые также непространствен% ными, ведут поиск объектов на основании значений их ат% рибутов. Вышеупомянутый департамент полиции может использовать атрибутивный запрос к базе данных для полу% чения списка преступлений определенной категории.

На рисунке выше показаны результаты запроса по полю ка% тегории преступления CRIM_CAT, определяющего записи, для которых значение этого поля равно 9. Карта показывает результаты запроса.

Запросы местоположения, называемые также пространствен% ными запросами, находят объекты по тому, где они располо% жены. Департамент полиции мог бы использовать простран% ственный запрос к базе данных, чтобы найти преступления, совершенные в определенном районе.

Один из способов выполнения пространственного запроса % указать на карте прямоугольник. На этом рисунке выбраны все преступления, совершенные в пределах очерченного пря% моугольника. Можно изучить информацию о них, чтобы узнать, не связаны ли они.

Департамент полиции мог бы также выполнить более слож% ные пространственные запросы, используя полигоны, такие как участки переписи, выбранные из другого слоя. Одна из

важных черт ГИС % возможность увидеть результаты как пространственного, так и атрибутивного запросов на карте.

Определение близости

Третий тип анализа ГИС % это поиск объектов вблизи задан% ного объекта. Один из способов найти ближайшие к задан% ному объекты % создать буфер вокруг него.

Комиссия по городскому планированию может указать рай% он радиусом 1,000 от планируемого аэропорта, создав буфер вокруг объекта аэропорта. Буфер можно использовать в других слоях, чтобы определить, какие школы и больницы окажутся возле аэропорта.

При ГИС анализе особенно важно, что результаты одной процедуры можно использовать в другой. В данном случае созданный вокруг аэропорта буфер используется в прост% ранственном запросе. Выбраны две школы и одна больница, попадающие внутрь буфера. Школа вне буфера не была вы% брана.

Наложение слоев

Четвертый вид ГИС анализа % наложение различных слоев объектов. Путем наложения одного набора объектов на дру% гой можно получить новую информацию. Существует не% сколько типов операций наложения, но все они включают объединение двух существующих наборов объектов в но% вый набор.

Например, фермер хочет определить, какие земли можно занять под новые посевы злаков. Злаки нельзя выращивать на склонах холмов, и для них требуется почва с высокой водопроницаемостью.

Фермер при помощи операции наложения с объединением (union) соединяет два существующих слоя данных: полиго% ны категорий уклона и полигоны категорий проницаемости. Теперь он может выбрать новые полигоны % с малым укло% ном и высокой проницаемостью.

Существует несколько различных операций пространствен% ного наложения слоев, в том числе объединение, пересече% ние, слияние, объединение по атрибуту и вырезание.

Выполнение сложного анализа

При сложном анализе в ГИС вы можете сочетать все эти, а также другие технологии анализа. С помощью ГИС вы мо% жете создавать подробные модели реального мира для реше% ния сложных задач. Поскольку ГИС может выполнять эти процедуры быстро, иногда удобно повторять процедуру ана% лиза несколько раз, немного изменяя параметры, так чтобы получить разные результаты и затем сравнить их. Это позво% лит оптимизировать методику анализа.

Вданном разделе предлагается краткое описание некоторых распространенных типов анализа ГИС. Подробную инфор% мацию об этих и других видах анализа ГИС вы найдете в руководстве Руководство ESRI по ГИС анализу.

Вследующем разделе вы узнаете об этапах стандартного про% екта ГИС.

Шаги выполнения проекта ГИС

При выполнении типичного аналитического проекта ГИС вы определяете цель проекта, создаете базу данных, содер% жащую необходимые данные, и помощью функций ГИС со% здаете модель анализа для решения поставленной задачи и оформляете представление результатов анализа.

Шаг 1: Определите свои цели

Первый шаг процесса % это определение цели анализа. Для определения своих задач вы должны ответить на следую% щие вопросы:

•Какую задачу я должен решить? Как она решается сей% час? Каковы альтернативные пути ее решения с помощью ГИС?

•Каков должен быть итоговый продукт проекта—отчеты, рабочие карты, карты высокого качества для презента% ции?

•Кто будет пользователем этого продукта—обществен% ность, технические специалисты, планировщики, офици% альные лица?

•Будут ли эти данные использоваться для других целей? Каковы требования для этих целей?

Этот шаг важен, т.к. ответы на эти вопросы определяют объ% ем проекта, а также какие именно методы анализа вы будете использовать.

Шаг 2: Создайте базу данных проекта

Второй шаг % создание базы данных проекта. Создание базы данных проекта состоит из трех шагов. Это проектирование базы данных, ввод и загрузка данных в базу и управление базой данных.

Проектирование базы данных включает определение прост% ранственных данных, которые вам потребуются, на основа% нии требований анализа, указание необходимых атрибутов объектов, установка границ исследуемой области и выбор системы координат.

Ввод данных включает оцифровку и преобразование дан% ных из других систем и форматов в используемый формат, а также проверку данных и исправление ошибок.

Управление базой данных подразумевает проверку системы координат и соединение соседних слоев.

Создание базы данных для проекта % наиболее сложная и занимающая много времени часть проекта. Полнота и точ% ность используемых при анализе данных определяет точность результатов анализа.

Шаг 3: Проанализируйте данные

Третий шаг % это анализ данных. Как вы видели, анализ дан% ных в ГИС варьируется от простого картирования до пост% роения сложных пространственных моделей. Модель % это представление реального мира, используемая для имитации процессов, прогнозирования результата или анализа пробле%

мы.

Пространственное моделирование подразумевает примене% ние от одной до трех категорий функций ГИС к некоторым пространственным данным. Это следующие функции:

•Функции геометрического моделирования—вычисление расстояний, создание буферов и вычисление площадей и периметров.

•Функции моделирования совпадений—Наложение набо% ров данных для поиска участков, где значения совпада% ют.

•Функции моделирования близости—размещение, поиск пути и изменение деления на районы.

С помощью ГИС вы можете быстро выполнить анализ, кото% рый невозможно или долго выполнять вручную. Изменяя методы и параметры и выполняя анализ повторно, вы созда% ете альтернативные сценарии.

Шаг 4: Представление результатов

Четвертый шаг % это представление результатов анализа. Итоговый продукт должен успешно представлять ваши ре%

зультаты аудитории. В большинстве случаев результаты ана% лиза ГИС лучше всего представлять на карте.

Есть еще два способа представления результатов % графики и отчеты по выбранным данным. Вы можете создавать гра% фики и отчеты отдельно, вставлять их в документы, создан% ные в других приложениях, или поместить их на карту.

Что дальше?

Теперь, когда вы познакомились с последовательностью эта% пов выполнения проекта ГИС, вы готовы начать планирова% ние собственного проекта. В следующем разделе представ% лена последовательность шагов для проекта строительства новой станции водоочистки в Гринвелли. В данной главе рассмотрен первый шаг—определение целей проекта. Осталь% ные шаги будут рассмотрены в последующих главах данного руководства.

Планирование вашего проекта

Планирование важнейший шаг любого проекта ГИС, он поможет вам потратить меньше времени и сил на создание базы данных, анализ и построение карты. На шаге планиро вания вы определяете задачи проекта, критерий анализа и совокупность данных, необходимых для выполнения анали за. Вы можете также выбрать подход к анализу и вид конеч ных продуктов. После того, как вы это сделаете, вы начнете формировать базу данных проекта.

Далее мы будем работать над небольшим аналитическим проектом ГИС. В процессе его выполнения вы узнаете, как планировать проект ГИС и как использовать ArcMap и ArcCatalog для его выполнения. При выполнении опреде ленных видов анализа—поиска места для нового строитель ства—последовательность выполняемых вами шагов и ис пользуемые средства будут типичны для многих проектов ГИС. Сценарий проекта заключается в том, чтобы найти подходящее место для строительства станции водоочистки.

Город Гринвелли растет. Для поддержки его роста необхо димо построить новую станцию водоочистки и повторного водоснабжения. Городской совет планирует использовать охрану водных ресурсов и повторное водоснабжение для удовлетворения ожидаемого потребления воды.

На рис. представлены шаги проекта ГИС и показано, в каких главах данной книги описан каждый шаг.

В этой главе вы выполните Шаг 1—определение целей про екта. Вы также составите некоторый план по выполнению следующих шагов.

Шаги проекта ГИС

Шаг 1: Определение целей—Глава 4

Шаг 2: Создание базы данных проекта

Шаг 3: Анализ данных—Глава 7

Шаг 4: Представление результатов—Глава 8

Шаг 1: Определение целей проекта

Цель данного ГИС анализа найти подходящее место для станции водоочистки. Городской совет еще никогда не ис пользовал ГИС для решения такой задачи. Место для суще ствующей станции было определено много лет назад с помо щью бумажной карты, наложения прозрачных схем и на ос новании консультации Городского совета с главным инже нером города. Этот процесс дал необходимый результат, но занял много времени и не позволил подключить обществен ность к принятию решения.

Сейчас задача усложнилась из за увеличения застройки тер ритории и ужесточения требований к охране окружающей среды и здоровья людей. Совет решил использовать ГИС для ускорения процесса и уверенности, что выполнены все требования.

Поскольку Совет понимает, что размещение водоочистной станции вопрос, подлежащий обсуждению, он хотел бы определить все пригодные участки, а затем наиболее при годные участки на основе более жесткого критерия. Обсуж дение всех возможных участков будет предоставлено обще ственности. Вы должны подготовить карту, ясно показыва ющую, какие участки наиболее пригодны, пригодны и не пригодны.

Совет предоставляет список критериев пригодности. Участ ки должны быть:

•Не выше 365м над уровнем моря, чтобы уменьшить стои мость нагнетания воды

•Вне зоны затопления, чтобы исключить утечку во время шторма

•Не более 1000м от реки, чтобы минимизировать стои мость трубопровода для стока

•Не менее 150м от жилых домов и парков, чтобы миними зировать неудобства для жителей города

•На свободной земле, где разрешено строительство, чтобы уменьшить стоимость покупки земли и строительства

Кроме того, для дальнейшего снижения стоимости желатель но, чтобы участок находился:

•До 1000м от узла сети сброса сточных вод (до 500м еще более желательно)

•До 50 м от существующей дороги

На размещение станции требуется не менее 150 000 м2.

Предварительный просмотр существующих карт показал, что вероятнее всего найти место в северо западной части горо да, близко от реки, в районе низменности. Это и будет рабо чая область проекта. ГИС анализ позволит соединить все критерии для поиска подходящих участков.

Шаг 2: Создание базы данных проекта

Создание базы данных для нашего проекта будет состоять из двух шагов. Во первых, нужно собрать существующие дан ные и просмотреть их. Далее нужно подготовить данные к

анализу. Некоторые данные уже можно использовать, дру гие потребуют дополнительной обработки. Возможно, ка кие то данные придется вводить. Вы организуете данные в Главе 5, ‘Составление базы данных’, и подготовите данные к анализу в Главе 6, ‘Подготовка данных к анализу’. А сейчас нужно подготовиться к этим этапам, выбрав слои данных и определив их источники.

Сбор данных для проекта

В нескольких департаментах городского управления суще

ствуют данные ГИС, и есть возможность использовать их для проектов ГИС. Некоторые из этих данных уже хранятся в базе данных городского управления GreenvalleyDB. У го родского управления есть также договоренность о получе нии данных у нескольких региональных и федеральных агентств.

Поскольку уже существует база данных с нужной информа% цией, процесс проектирования и ввода данных для базы дан% ных проекта займет не так много времени, как мог бы. Тем не менее, нужно провести некоторую дополнительную работу по проектированию базы данных проекта. Необходимо оп% ределить наборы данных и атрибуты для каждого критерия. Затем вы просмотрите имеющиеся данные и выберете слои.

Каждый критерий Совета требует слоя данных для анализа. Ниже показан список критериев и соответствующих набо% ров данных и атрибутов.

Обратите внимание, что набор данных об участках (parcels) используется в нескольких критериях.

Теперь можно просмотреть имеющиеся данные и найти слои, содержащие требуемые наборы данных. Вы также можете определить, какие еще слои вам нужно получить или создать.

Для поиска участков ниже 365 м вам нужны данные высот. Коллега из Государственного транспортного управления пре% доставил грид высот. Поскольку вам нужно только знать, какие участки расположены ниже 365 м, вы используете по% лигон областей ниже 365 м, который ваш коллега создал из грида. Данные находятся в шейп%файле.

Участки вне зоны затопления вы найдете по слою зоны за% топления Департамента городского планирования, храняще% муся в виде класса объектов в базе геоданных города GreenvalleyDB.

Чтобы определить зону до 1,000 м от реки, сначала нужен слой реки. Департамент управления водными ресурсами штата предоставит шейп%файл реки.

Потребуется набор данных участков в рабочей области. Го%

родское налоговое управление работает с базой данных уча% стков, разделенной на листы в шейп%файлах. Вашу рабочую область покрывают два листа. База данных участков вклю% чает атрибут землепользования, который позволит найти жилые районы (для создания буфера в 150 м) и свободные участки. Атрибут площади шейп%файла участков позволит найти участки размером не менее 150,000 м2.

Чтобы найти область дальше 150 м от парков, нужен слой парков. У городского управления парков и отдыха есть класс объектов парков, хранящийся в базе геоданных GreenvalleyDB.

В области проекта был недавно обнаружен исторический памятник, вокруг которого планируется разбить парк, одна ко границ будущего парка еще нет в классе объектов парков. Вы внесете эти данные в вашу базу данных путем оцифров ки сканированного изображения предполагаемой границы парка.

Чтобы найти участки не далее 1000м от узла сети сброса сточных вод, вам потребуется слой, включающий такие узлы. У департамента городских коммуникаций есть покрытие труб и узлов сети сброса сточных вод.

Чтобы найти участки не далее 50м от дороги, используйте класс объектов улиц из базы геоданных GreenvalleyDB.

В таблице ниже перечислены слои, которые вы соберете для базы данных проекта, используя имеющиеся данные, а также указан их формат и источник.

Вбазе данных есть также сканированное изображение пла нируемого парка, его вы используете для оцифровки границ парка. Вы также добавите грид высот, который, возможно, добавите к итоговой карте.

ВГлаве 5, ‘Составление базы данных’, вы соберете данные и организуете их таким образом, чтобы иметь к ним прямой доступ из папки проекта. Потом просмотрите данные, чтобы определить, каким слоям требуется дополнительная обра ботка.

Подготовка данных к анализу

На основе просмотра данных вы определите, какие данные готовы к использованию, а какие требуют дополнительной обработки. Ниже перечислены некоторые обычные этапы подготовки данных:

•Проверка качества (точности и актуальности данных)

•Преобразование формата данных

•Ввод данных: оцифровка, сканирование, преобразование, геопривязка

•Определение систем координат

•Проецирование слоев в новую систему координат

•Слияние соседних слоев

Вам нужно будет выполнить некоторые из этих операций. Например, вы уже знаете, что границу планируемого парка вокруг исторического памятника нужно будет оцифровать. Вы зарегистрируете имеющуюся сканированную карту гра ницы в базе геоданных города и оцифруете ее, использовав в качестве подложки слой участков. Новый объект парк бу дет добавлен к существующему классу объектов парков базы геоданных GreenvalleyDB.