Геоинформационные системы.

Целью дипломной работы является анализ функциональности средств создания ГИС.
В первой главе рассмотрены основные понятия технологии ГИС. Географическая информационная система (ГИС) - современная компьютерная технология для картографирования и анализа объектов реального мира, происходящих и прогнозируемых событий и явлений.
Рассмотрены структурные элементы ГИС.
Рассмотрены области применения ГИС.
ГИС широко применяется в следующих областях:
 Административно-территориальное управление;
 Телекоммуникации;
 Инженерные коммуникации;
 Транспорт;
 Нефтегазовый комплекс;
 Силовые ведомства;
 Экология;
 Лесное хозяйство;
 Сельское хозяйство.
Во второй главе рассмотрены функциональные возможности инструментариев MapInfo и MapEdit.
Также разработаны проекты карт с использованием MapInfo и ...

Введение 3
1. Обзор предметной области 5
1.1 Геоинформационные системы (ГИС) и их преимущества 5
1.2 Структура ГИС 7
1.3 Области применения ГИС 8
1.4 Обзор популярных ГИС 11
2. Проектный раздел 27
2.1 Описание ГИС MapInfo 27
2.2 Описание ГИС MapEdit 32
2.3 Построение карты в MapInfo 37
2.4 Построение карты в MapEdit 43
2.5 Формирование интегрального критерия для выбора ГИС 46
2.5.1 Выбор метода оценки эффективности 46
2.5.2 Предварительное ранжирование критериев 48
2.5.3 Оценка компетентность экспертов 51
2.5.4 Повторное ранжирование критериев с учетом компетентности экспертов 53
2.5.5 Определение согласия экспертов 54
2.5.6 Оценка значимости критериев эргономичности беспроводных сетей 56
3 Раздел экономики 59
3.1. Характеристика программного продукта с экономической точки зрения 59
3.2 Определение трудоемкости и плановой себестоимости 64
3.3. Оценка научной и научно-технической результативности и определение экономического эффекта НИР 69
4 Раздел безопасности жизнедеятельности 74
4.1 Анализ характеристик объекта проектирования и трудовой деятельности 74
4.2 Мероприятия по эргономическому обеспечению 75
4.3 Мероприятия по технике безопасности 76
4.4 Мероприятия по обеспечению БЖД в условиях чрезвычайной безопасности 83
4.5 Мероприятия по обеспечению экологической безопасности 85
Заключение 87
Список использованных источников 89

Ученые подсчитали, что 85% информации, с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет территориальную привязку. Поэтому перечислить все области применения ГИС просто невозможно. Этим системам можно найти применение практически в любой сфере трудовой деятельности человека.
ГИС эффективны во всех областях, где осуществляется учет и управление территорией и объектами на ней. Это практически все направления деятельности органов управления и администраций: земельные ресурсы и объекты недвижимости, транспорт, инженерные коммуникации, развитие бизнеса, обеспечение правопорядка и безопасности, управление ЧС, демография, экология, здравоохранение и т.д.
ГИС позволяют точнейшим образом учитывать координаты объектов и площади участков. Благодаря возможности комплексного (с учетом множества геогр афических, социальных и других факторов) анализа информации о качестве и ценности территории и объектов на ней, эти системы позволяют наиболее объективно оценивать участки и объекты, а также могут давать точную информацию о налогооблагаемой базе.
В области транспорта ГИС давно уже показали свою эффективность благодаря возможности построения оптимальных маршрутов как для отдельных перевозок, так и для целых транспортных систем, в масштабе отдельного города или целой страны. При этом возможность использования наиболее актуальной информации о состоянии дорожной сети и пропускной способности позволяет строить действительно оптимальные маршруты.
Целью дипломной работы является формирование интегрального критерия для выбора инструментальных средств для создания цифровых карт в ГИС.
Для достижения поставленной задачи необходимо выполнить следующие задачи:
 Рассмотреть основные понятия технологии ГИС;
 Рассмотреть структурные элементы ГИС;
 Рассмотреть области применения ГИС;
 Рассмотреть функциональные возможности инструментария MapInfo;
 Рассмотреть функциональные возможности инструментария MapEdit;
 Разработать проекты карт с использованием MapInfo и MapEdit;
 Сформировать систему критериев для оценки функциональных возможностей ГИС;
 Сравнить эффективность инструментариев MapInfo и MapEdit с использованием интегрального критерия;
 Дать экономическое обоснование разработки и применение ГИС;
 Разработать рекомендации по охране труда при использовании ГИС.

Универсальный транслятор MapInfo позволяет осуществлять импорт и экспорт данных в другие ГИС и САПР системы (ESRI Shape File, AutoCAD DXF/DWG, Intergraph/MicroStation Design DGN, AtlasGIS, ARC/INFO E00).Работа с растровыми изображениямиMapInfo имеет возможность работы с данными в растровых форматах GIF, JPEG, TIFF, GEO TIFF, PCX, BMP, TGA, BIL и др., включая новейшие форматы сжатого растра – ECW, MrSID, JPEG2000.Поиск информации и создание запросовВстроенный язык запросов SQL, благодаря географическому расширению, позволяет осуществлять выборки объектов с учетом их пространственных отношений. MapInfo имеет функции поиска объекта или группы объектов по различным признакам, а также их сочетаниям.Тематические картыВ MapInfo имеется множество способов создания тематических карт: картограммы,круговые и столбчатые гистограммы, градуированные символы, плотность точек, отдельные значения, непрерывная поверхность, карта-призма, карта изолиний (в русской версии) и т.д.Условные знакиВ поставку MapInfo включено большое количество наборов условных обозначений и редактор стилей линий. С русской версией поставляется дополнительный набор условных знаков для различных масштабов, принятых в России и утвержденных ГОСТом.Работа с внешними базами данныхMapInfo может выполнять функции картографического клиента для всех современных СУБД. Имеется возможность хранения и обработки пространственных объектов в базе данных Oracle без использования дополнительного программного обеспечения.Работа с картографическими серверамиВ MapInfo имеется возможность получать растровые и векторные данные с картографических Интернет-серверов WFS и WMS.Функции MapInfo в других приложенияхИспользуя технологию OLE, возможно подключение картографических функций MapInfo к приложениям, написанным на других языках программирования: Delphi, Visual Basic, C++, PowerBuilder и др.Поддержка проекций и координатных системMapInfo поддерживает более 300 координатных систем, включая принятые к использованию в России, кроме того можно определить свои собственные координатные системы. При совместном использовании карт имеющих разные проекции MapInfo автоматически приводит пространственные данные к единой проекции.Оформление карт и создание отчетовMapInfo имеет полный набор средств для оформления карт и подготовки высококачественных отчетов.Многопользовательский режим работыMapInfo позволяет вести одновременную работу с одними и теми же данными многим пользователям. Блокирование данных при редактировании производится автоматически.Визуализация мобильных объектовВ MapInfo поддерживается специальный анимационный слой – он позволяет отображать движущиеся объекты на карте без перерисовки остальных слоёв. Например, можно отображать перемещение транспортного средства на карте используя координаты получаемые с GPS приёмника.Мультимедийные возможностиФункция MapInfo Геолинк позволяет связать объект карты, с любыми файлами, поддерживаемыми операционной системой, включая фотографии, видеозапись, звук, адрес в Интернете и т.п.Объёмы используемых данныхMapInfo не имеет ограничений на объёмы используемых данных. Ограничивающим фактором могут быть ограничения операционной системы на размер файлов и ресурсы компьютера.Гибкая система лицензированияДля одного рабочего места можно использовать персональную лицензию, а для организации с несколькими рабочими местами – многопользовательскую «плавающую» лицензию. ГИС MapInfo может быть установлена на любом количестве рабочих мест, но количество одновременно работающих программ будет ограничено числом приобретённых лицензией. Кроме того, имеется возможность временно (на срок от 1 до 365 дней) передавать лицензию на другой компьютер.2.2 Описание ГИС MapEditАвтоматизированный векторизатор графических данных MapEDIT предназначен для создания цифровых векторных карт по их растровым изображениям на экране компьютера.Векторизатор MapEDIT обеспечивает решение следующих основных задач:выполнение автоматизированной / ручной векторизации (цифровки) по монохромным и цветным растрам с разделением объектов карты по слоям;занесение атрибутивных данных, характеризующих объект, в базу данных одновременно с векторизацией;координирование карты, исправление искажений бумажных оригиналов;контроль корректности топологических отношений введенных объектов (построение топологии);экспорт полученных цифровых векторных карт и баз данных в форматы ГИС и САПР. Векторизатор MapEDIT позволяет:производить обработку исходных растров;выполнять сводку/сшивку цифровых векторных карт;импортировать цифровые векторные карты для их редактирования. Исходные материалыMapEDIT работает с монохромными и цветными растрами. Поддерживаются форматы BMP, PCX, TIFF, JPG, GIF - всего свыше 30-ти форматов.Оцифровка карты возможна без создания единого растрового поля с последовательным переходом от одного растра к другому. При необходимости MapEDIT позволяет «склеивать» фрагменты карты, хранящиеся в отдельных растровых файлах в единый файл, трансформировать (выравнивать) растр с учетом произвольной сети картографических реперов.Для работы с низкокачественными исходными растрами предусмотрены также разнообразные функции обработки растра. В том числе:удаление одноцветных объектов малой площади (мусора);выделение выбранных цветов, удаление цвета, замена цвета;сглаживание линий;уменьшение толщины линий;ручное рисование (для восстановления плохо различимых деталей). Обработанные растры могут быть сохранены в исходных растровых форматах.Создание цифровой векторной картыВекторизатор MapEDIT позволяет задавать и изменять структуру данных цифровой векторной карты: перечень слоев, типы объектов для каждого слоя, параметры их отображения, условия трассировки и т.п. Структура вновь создаваемой карты может также задаваться путем копирования структуры ранее созданной карты. Векторизатор MapEDIT может использоваться для редактирования существующих цифровых векторных карт, для чего предусмотрена возможность импорта данных из файлов формата MIF/MID геоинформационной системы MapInfo.Автоматизация оцифровкиАвтоматическая трассировка выполняется в двух режимах:Трассировка линий. В данном режиме осуществляется автоматическое отслеживание на растре одноцветных линий произвольного типа с сохранением полученной трассы в виде последовательности координат точек, соответствующих середине растровой линии. Эта процедура позволяет автоматически преодолевать препятствия на линии в виде обрывов, разветвлений, пересечений с другими растровыми линиями.Оконтуривание полигонов. В данном режиме осуществляется автоматическое отслеживание на растре контуров одноцветных площадных областей произвольного вида с сохранением полученного контура в виде последовательности координат точек, соответствующей внутренней границе области.Ручная векторизация (цифровка)В случаях, когда линии и контуры плохо различимы и автоматизированная векторизация объектов затруднена или невозможна, объекты цифровой векторной карты могут вводиться с помощью инструментов ручной векторизации (цифровки). При ручной векторизации оператор ставит точки на карте, совмещая их с видимыми на растре объектами.В процессе ручной векторизации может использоваться режим совмещения с линией растра, при котором поставленная точка или отрезок подтягиваются к середине векторизуемой линии на растре.Вспомогательные режимыПри автоматизированной и ручной векторизации положение вводимых узлов линий (контуров) может автоматически уточняться в соответствии с априорно заданным характером линии (контура). Предусмотрены следующие режимы уточнения:Совмещение с линией вектора. Если очередной поставленный узел оказывается в непосредственной близости от узла или линии ранее созданного векторного объекта, узел совмещается с ними.Прямоугольный/косоугольный объект. Узлы контура объекта смещаются таким образом, чтобы соединяющая их ломаная линия образовывала прямые/заданные углы.Параллельность указанному отрезку. Обеспечение точной параллельности вводимой линии, предварительно заданному базовому отрезку. Различные режимы могут использоваться одновременно.Ввод характеристик объектов в базу данныхЗанесение атрибутивных данных, характеризующих объект, в базу данных осуществляется в MapEDIT одновременно с векторизацией. По окончании ввода очередного объекта цифровой векторной карты оператор может занести информацию об объекте в базу данных. Тип объекта определяет структуру вводимых атрибутивных данных. Поля заполняются значениями, предусмотренными для этого типа объекта по умолчанию или вводимыми оператором. Для полей, заполняемых оператором, может выполняться проверка вводимых значений.Координирование картыВекторизатор MapEDIT позволяет работать с прямоугольными и географическими системами координат. Поддерживаются проекции: Гаусса-Крюгера и конические (равноугольная, равнопромежуточная и равновеликая). Предусмотрено изменение параметров проекций пользователем.Задание произвольного числа реперных точек с известными координатами, позволяет получить точную цифровую векторную карту и компенсировать деформации бумажного оригинала, связанные с его печатью, хранением и сканированием. Для ускорения ввода картографических реперов предусмотрен импорт их координат из текстового файла.Проверка топологической корректности, модели данныхВекторизатор MapEDIT позволяет проверять корректность топологических отношений между объектами карты. Исправление найденных ошибок возможно как в автоматическом, так и в интерактивном режиме.MapEDIT поддерживает как объектовую, так и линейно-узловую (с метками полигонов) модель представления цифровой векторной карты. Проверка корректности топологических отношений объектов может выполняться для обеих моделей.Импорт данныхВ программу MapEDIT для редактирования и обработки могут быть импортированы цифровые векторные карты из файлов обменных форматов ГИС:MIF, MID -MapInfo;GEN, GPN, DBF -ARC/INFO, Geograph/GeoDRAW;SHP, SHX, DBF -ArcView;ASC, ASD -WinGIS.Экспорт данныхПолученные с помощью векторизатора MapEDIT цифровые векторные карты и связанные с ними базы данных экспортируются (передаются) в файлы обменных форматов ГИС и САПР:MIF, MID -MapInfo;GEN, GPN, DBF -ARC/INFO, Geograph/GeoDRAW;SHP, SHX, DBF -ArcView;ASC, ASD -WinGIS;DXF, DBF -AutoCAD.2.3 Построение карты в MapInfoСоздадим в качестве примера макет картограммы на примере оформления результатов агрохимического обследования. Данный пример является показательным, так как в нём присутствуют основные технологические моменты и решения, которые встречаются при оформлении многих карт.Имеются следующие заготовки - слои:1) rastr - растровая картинка плана внутрихозяйственного устройства («внутрихоз»);2) parcels - векторный слой обследуемых участков с атрибутивной информацией;3) setka_2500 - координатная сетка с шагом 2500 метров.В приведённом примере векторный слой parсels уже «готовый». Готовый - это в том смысле, что уже отвекторизован (оцифрован).Использование растровой картинки в качестве контекста при создании карт является хорошим правилом. Это верно в том смысле, что позволяет существенно экономить силы - не надо оцифровывать те слои карты, которые представляют лишь второстепенный интерес. Рисунок 6 - Результат загрузки rastrЗагружаем слой участков (Parcels):Рисунок 7 - Результат загрузки ParcelsДобавляем сетку:Рисунок 8 - Результат загрузки сеткиТеперь, если открыть Менеджер слоёв (Ctrl+L), то можно увидеть сл. картинку:Рисунок 9 - Результат наложения 3 слоевТак, необходимый минимальный набор слоёв (растр, вектор, координатная сетка)  для построения различных вариантов карты у готов. Пример отображения внутрихоз на космоснимок:Рисунок 10 - Пример отображения внутрихоз на космоснимок2.4 Построение карты в MapEditРассмотрим простой пример использования программы MapEdit.Запустим программу:Рисунок 11 - Главное окно программы MapEditТеперь создадим новый проект:Рисунок 12 - Открытие картыРисунок 13 - Карта городаПримером работы в MapEdit является создание карты ссылок и горячих точек на карте.Так с помощью программы можно взять растровый рисунок (карту), нанести необходимые элементы (иконки, обозначения) и сохранить как векторную карту.2.5 Формирование интегрального критерия для выбора ГИС2.5.1 Выбор метода оценки эффективности Всякая система создается для удовлетворения, возникших у общества потребностей. Стремление к возможно более полному удовлетворению этих потребностей и является целью системы. Степень соответствия системы поставленным целям называют её эффективностью. Сложность и многообразие функций, выполняемых современными системами, требует учета определения количества целей, каждая из которых описывается своим критерием. Поэтому многокритериальность есть естественное свойство любой системы и вопросы повышения эффективности не могут быть разрешены кардинальным образом, без решения проблемы многокритериальности. Проблема выбора и обоснования проектных решений (ОПЭ) в значительной мере разрешается на основе знаний и опыта; в основном раскрывается два вопроса: структура ОПЭ (состав частных показателей, их взаимосвязь, характер отображения множеств значений показателей во множестве значений ОПЭ) и его адекватность (важность отдельных показателей в рамках ОПЭ и точность результатов анализа). Существует несколько форм представления ОПЭ: векторная, скалярная, эвристическая. У каждой из этих форм существуют весомые недостатки, так при векторном представлении снижается наглядность по мере увеличения размерности пространства, происходит одновременно резкое возрастание объема вычислительных операций и усложнение процедур учета значимости отдельных составляющих вектора ОПЭ. Скалярная форма имеет ряд преимуществ: наглядность практически не зависит от размерности ОПЭ, учет значимости частных показателей упрощается, но одновременно, скаляризация требует приведения показателей к безразмерному виду. Эвристические приемы формирования оценок систем основываются на интуиции.Наличие интегрального критерия решает проблемы многокритериальности наиболее радикальным образом – за счет «свертки» набора критериев в один критерий. Форм интегрального критерия существует также несколько: нормальная форма, мультиаддитивная форма, аддитивная форма. В данном случае наиболее приемлема аддитивная форма.2.5.2 Предварительное ранжирование критериевПроизведем предварительное ранжирование по заключениям экспертов. При этом каждый эксперт индивидуально осуществляет расстановку показателей по рангам с первого, представляющегося наиболее важным, до последнего, который, по мнению эксперта, наименее значим.Среднее значение ранга по данным всех экспертов рассчитаем по формуле:, (1)где - ранг i-го показателя, назначенный j-м экспертом, m – количество экспертов.Среднее квадратичное отклонение рангов i-го показателя от его среднего значения рассчитаем по формуле:, (2)Далее осуществим выставление предварительных рангов по всем показателям по схеме:Если некоторый -ранг является наименьшим, то ему присваивается ранг 1.Выбираем следующий наименьший по величине ранг, и ему назначаем предварительный ранг 2.Далее следуя данной схеме, выбираем следующий наименьший по величине ранг и назначаем ему следующий предварительный ранг.Правильность назначения предварительных рангов можно проверить по их сумме, которая должна быть равна 0,5 * n * (n + 1). Результаты расчетов приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1Предварительное ранжирование показателейПоказателиЭкспертыПредварительный ранг123456D1. Простота использования88989108,670,088D2. Работа со слоями2532122,50,322D3. Создание ссылочных карт4255654,50,325D4. Поддержка форматов1424212,330,311D5. Работа с другими приложениями1091010889,170,1410D6. Работа с системами координат71061766,171,437D7. Многопользовательский режим97891098,670,189D8. Требовательность к ресурсам5346534,330,244D9. Импорт в другие форматы3113342,50,253D10. Автоматическая оцифровка изображений6677476,160,236Произведем проверку:0,5 * 10 * (10 + 1) = 8,67 + 2,5 + 4,5 + 2,33 + 9,17 + 6,17 + 8,67 + 4,33 + 2,5 + 6,16;55=55Из этого следует, что предварительные ранги назначены правильно.2.5.3 Оценка компетентность экспертовОценки экспертов в значительной степени определяются их квалификацией в данной области, то есть компетентностью. Определение компетентности экспертов выполнятся по коэффициентам ранговой корреляции.Коэффициент ранговой корреляции рассчитывается по формуле Спирмена:, (3)где Коэффициент компетентности рассчитывается по формуле: (4)Результаты вычислений сведены в таблицу 3.2.Таблица 3.2Значения величины , коэффициента ранговой корреляции, коэффициента компетентности для 10 характеристик и 6 экспертовЭкспертыЗначение D1D2D3D4D5D6D7D8D9D101494191602525250,290,132004169099100,710,18349449911040,730,18490114914110,810,19510114114140,890,196091612590251640,360,14Таким образом, наиболее компетентным следует признать 4-го и 5-го экспертов, затем идут 2-ой и 3-ий на одном уровне, 6-ой и менее всех компетентен 1-ый эксперт.2.5.4 Повторное ранжирование критериев с учетом компетентности экспертовСреднее значение ранга рассчитывается по формуле: (5)Среднее квадратичное отклонение рангов рассчитывается по формуле: (6)Результаты расчетов сведены в таблицу 3.3.Таблица 3.3Повторное ранжирование показателей ПоказателиОкончательный рангD18,730,138D22,550,233D34,570,235D42,490,212D59,130,1610D66,050,496D76,190,177D84,420,194D92,230,191D108,740,199Произведем проверку:Из этого следует, что окончательные ранги назначены правильно. 2.5.5 Определение согласия экспертовСогласованность экспертов определим по методу Николаева – Темнова.Построим матрицу вероятности по формуле:,(7)где – количество экспертов, указавших i-му показателю k-ое место по значимости.Матрица вероятности сведена в таблицу 3.4.Таблица 3.4Матрица вероятности для 10-ти мест и 10-ти показателейМестаD1D2D3D4D5D6D7D8D9D10100,1700,3300,17000,330200,50,170,33000000300,17000000,330,504000,170,330000,170,170,17500,170,500000,33006000,17000,3300,1700,337000000,330,17000,580,50000,3300,1700090,330000,1700,5000100,170000,50,170,17000Коэффициент согласия определяется по формуле:, где (8)Если значение 0,55 можно считать, что экспертиза состоялась.Н = 17 * (0,17 * log 0,17) + 11 * (0,33 * log 0,33) + 6 * (0,5 * log 0,5) = 14,85 = 1 - (14,85 / 33,37) = 0,55Вывод: экспертиза состоялась, можно перейти к оценке значимости показателей.2.5.6 Оценка значимости критериев функциональности ГИСОпределение коэффициентов значимости частных показателей осуществляется по формуле: , (9)где – окончательный ранг i-го показателя.Данные для расчетов сведены в таблицу 3.5.Таблица 3.5Коэффициенты значимости частных показателейПоказателиЭксперты123456рангD1889891080,18D225321230,13D342556550,14D414242120,15D5109101088100,15D6710617660,09D7978910990,16D853465340,17D931133410,41D1066774770,14После нахождения коэффициентов значимости частных показателей, обобщенного показателя эффективности рассчитывается по формуле: (10)Дадим экспертную оценку ГИС MapEdit и MapInfo.Результаты экспертной оценки приведены в таблицах 3.6, 3.7. Таблица 3.6ГИС MapInfoПоказателиxi minxi maxЭкспертыЗначениеiСр. оценка123456D1155555550,185,00D2155555550,135,00D3154554450,144,50D4153344340,153,50D5154444440,154,00D6155435540,094,33D7154534440,164,00D8153445450,174,17D9155454430,414,17D10154345440,144,00Таблица 3.7ГИС MapEdit Показателиxi minxi maxЭкспертыЗначениеiСр.