ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.09.2020
Просмотров: 1299
Скачиваний: 6
14. Оптико-электронные космические системы наблюдения. Лидары. Системы спутникового позиционирования: GPS, ГЛОНАСС, GALILEO.
Важным фактором повышения эффективности ГИС и добавления элемента времени в геоизображения является использование оперативной информации из оптико-электронных космических систем наблюдения. Спутниковые данные позволяют в режиме реального времени в течение месяцев и даже многих лет вести наблюдения за состоянием земной поверхности.
Используемый в дистанционном зондировании Земли участок спектра электромагнитных волн делится на несколько диапазонов: оптический, тепловой и радиоволновой. В оптическом диапазоне регистрируется отраженное солнечное излучение, в тепловом – излучение самих объектов, в радиоволновом – отраженное от объектов излучение активного сенсора (радиолокатор бокового обзора или с синтезированной апертурой антенны). Съемка земной поверхности (касается оптического и теплового диапазонов) может осуществляться как в широких участках спектра (панхроматическая съемка), так и в многочисленных узких спектральных зонах (мульти- и гиперспектральная съемка). Панхроматические изображения имеют, обычно, более высокое пространственное разрешение, а многоспектральные содержат уникальную информацию о спектральной отражательной или излучательной способности наблюдаемых объектов. Для извлечения нужной информации из данных дистанционного зондирования (ДДЗ) требуются специальные средства обработки и анализа изображений. Полным инструментарием по интерпретации изображений для ГИС обладает программный комплекс ERDAS IMAGINE, представляющий уникальные возможности по коррекции и анализу данных космической и аэросъемки.
Использование космоснимков не только полезно при уточнении векторных карт, но и удобно для их последующего совместного использования с цифровой картой в качестве основы тематических материалов (например, градостроительные планы или геологические схемы и т.д.). В таком сочетании создается наиболее реалистичный визуальный образ пространства, дающий достоверную информацию о точности и актуальности пространственных данных.
В настоящее время для сбора данных о топографии местности все шире используются бортовые лазерные сканеры – лидары. Лидары устанавливаются на летательных аппаратах и обеспечивают прямое измерение профиля земной поверхности с высокой точностью. Сканер вырабатывает высокочастотный лазерный импульс и принимает отраженный от земли сигнал с задержкой и интенсивностью, параметры которых зависят от высоты и качества отражающей поверхности. Далее сигнал обрабатывается с учетом данных бортового GPS-приемника внутренними подсистемами сканера.
Данные LIDAR отображаются в ГИС в виде наборов точек, гридов или изолиний. Например, для представления данных лидара о высоте лучше подходит формат грид, в котором картируемая область делится на ячейки, и каждой ячейке присваивается значение высоты поверхности над уровнем моря. Набор данных в виде грида обеспечивает более равномерное и непрерывное отображений поверхности и предоставляет лучшие возможности для анализа, управления и отображения геоданных.
Автоматизированная компьютерная обработка разнородной пространственной географической информации с использованием ГИС-технологий вызвала необходимость получения высокоточных координат. В настоящее время в мире функционируют три основные системы спутникового позиционирования с разной степенью навигационного покрытия и уровнем сервиса предоставляемых навигационных услуг – GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (Европейский Союз). Рассмотрим основные принципы организации систем спутникового позиционирования.
GPS — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет в любом месте Земли (исключая приполярные области), почти при любой погоде, а также в околоземном космическом пространстве определять местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для использования для гражданских целей — нужен только навигатор или другой аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.
Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя.
Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) — российская спутниковая система навигации, разработка которой началась в СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Дополнительно система транслирует гражданские сигналы, доступные в любой точке земного шара, предоставляя навигационные услуги российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.
Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка космических аппаратов ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.
Галилео — совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансъевропейские сети. Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. Помимо стран Европейского Союза, в проекте участвуют: Китай, Израиль, Южная Корея, Украина.
В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система «Галилео» не контролируется национальными военными ведомствами, однако в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство.
15. Структура ГИС.
Геоинформационные системы включают в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.
Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.
Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются:
- инструменты для ввода и оперирования географической информацией система управления базой данных (DBMS или СУБД);
- инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения);
- графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям.
Данные – это, наиболее важный компонент. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем либо приобретаться у поставщиков. В процессе управления пространственными данными географическая информационная система объединяет (а лучше сказать – совмещает) географическую информацию с данными других типов. Например, с конкретным кусочком электронной карты могут быть связаны уже накопленные данные о населении, характере почв, близости опасных объектов и т. д. (в зависимости от задачи, которую придется решать при помощи ГИС). Причем в сложных, распределенных системах сбора и обработки информации часто с объектом на карте связывают не существующие данные, а их источник, что позволяет в реальном времени отслеживать состояние этих объектов. Такой подход применяется, например, для борьбы с чрезвычайными ситуациями вроде лесных пожаров или эпидемий.
Исполнителями именуют людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Может показаться странным, что люди, работающие с программным обеспечением, рассматриваются как составная часть ГИС, однако в этом есть свой смысл. Дело в том, что для эффективной работы географической информационной системы необходимо соблюдение методов, предусмотренных разработчиками, поэтому без подготовленных исполнителей даже самая удачная разработка может утратить всякий смысл.
Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.
Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.
Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы:
1) Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов дистанционного зондирования и т.д.;
2) Хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их;
3) Обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи;
4) Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.)
Таким образом, создание карт в круге «обязанностей» ГИС занимает далеко не первое место, ведь чтобы получить твердую копию карты совершенно не нужна большая часть функций ГИС, или они применяются опосредованно. Тем не менее, как в мировой, так и в отечественной практике, ГИС широко используются именно для подготовки карт к изданию и, в меньшей степени, для аналитической обработки пространственных данных или управления потоками товаров и услуг.
16. Особенности технического и программного обеспечения ГИС. Функции ГИС.
Техническое обеспечение ГИС - ϶ᴛᴏ комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС: рабочая станция или персональный компьютер (ПК), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.
Рабочая станция или ПК являются ядром любой информационной системы и предназначены для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных или логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.
Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные бывают получены электронными геодезическими приборами, непосредственно с помощью дигитайзера и сканера, либо по результатам обработки снимков на аналитических фотограмметрических приборах или цифровых фотограмметрических станциях.
Устройства для обработки и хранения данных сконцентрированы в системном блоке, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, внешние запоминающие устройства и пользовательский интерфейс.
Устройства вывода данных должны обеспечивать наглядное представление результатов, прежде всего на мониторе, а также в виде графических оригиналов, получаемых на принтере или плоттере (графопостроителе), кроме того, обязательна реализация экспорта данных во внешние системы.
Программное обеспечение ГИС – совокупность программных средств, реализующих функциональные возможностей ГИС, и программных документов, необходимых при их эксплуатации.
Структурно программное обеспечение ГИС включает базовые и прикладные программные средства.
Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение и системы управления базами данных. Операционные системы предназначены для управления ресурсами электронно-вычислительных машин и процессами, использующими эти ресурсы. На настоящее время основные ОС: Windows и Unix.
Любая ГИС работает с данными двух типов данных - пространственными и атрибутивными. Для их ведения программное обеспечение должно включить систему управления базами тех и других данных (СУБД), а также модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.
Если говорить о специализированном программном обеспечении, то в данной категории ГИС-продуктов выделяется несколько классов, различающихся по своим функциональным возможностям и технологическим этапам обработки информации: