Геоинформационные системы телекоммуникаций

Содержание


Введение
Глава 1. Аналитический раздел
1.1. Теоретические аспекты построения локальных ГИС
1.2. Опыт использования ГИС в РФ
1.3. Формулирование требований к разрабатываемой ГИС
Глава 2. Технологический раздел
2.1. Факторы, обеспечивающие предупреждение аварий природно- техногенного характера для дистанции ЖД пути
2.2. Разработка методов оценки обстановки
2.3. Разработка технологической схемы ГИС
Глава 3. Конструкторский раздел
3.1. Типы данных для ГИС
3.2. Применяемые программные продукты
3.3. Техническая реализация системы
Глава 4. Раздел БЖД
4.1. Электро- и пожарная безопасность
4.2. Микроклимат производственного помещения
4.3. Расчет осветительной установки
4.4. Инженерно- технические мероприятия по созданию благоприятных условий труда
5. Экономический раздел
5.1. Определение себестоимости разработки системы
Заключение
Библиографический список

На выбор автора , типа Геоинформационные системы телекоммуникаций

Картирование расстояний. Функции этой группы позволяют вычислять обычные евклидовы расстояния, а также расстояния в других метриках, например, расстояния как стоимость перемещения между точками на карте. Для определения стоимости перемещения по карте используется другой растр, в каждом пикселе которого задана скорость движения в нём.
Картирование плотности. Вычисление плотности используется, когда нужно показать концентрацию точечных или линейных объектов. Например, имея сведения по населению городов какого-либо региона, можно вычислить распределение населения по всему этому региону.
Интерполяция растра. Интерполяция позволяет вычислить значения некоторого параметра во всех ячейках растра по небольшому набору значений, заданных в произвольных точках плоскости. Эта функция используется для предсказания значений самых разнообразных географических явлений, измеряемых только в определенных точках, таких, как высотные отметки рельефа, уровни осадков, уровни грунтовых вод, концентрации опасных веществ, уровни шума и т.д. В модуле Spatial Analyst имеются несколько методов интерполяции, включая метод обратных взвешенных расстояний, метод кригинга и сплайновый метод. Выбор метода делается пользователем исходя из априорных сведений о предметной области.
Анализ поверхности. Рассчитав растровую поверхность, вы можете столкнуться с тем, что некоторые закономерности распределения не выявляются на этой поверхности, поэтому необходимо применить функции анализа. В Spatial Analyst включены функция построения изолиний, показывающая местоположения с одинаковым значением; функция вычисления уклона, используемая, например, при определении риска оползней; функция вычисления экспозиции склонов, полезная, например, при определении участков оптимального земледелия; функция отмывки рельефа, используемая как для реалистичного отображения поверхности рельефа, так и для анализа освещенности местности в различное время дня. Еще одна функция из этой группы – расчет видимости, – определяет, какие участки поверхности видны из заданных точек наблюдения.
Статистические функции. Они вычисляют по значениям в ячейках растра максимум, минимум, среднее, большинство, меньшинство, медиану, диапазон, среднеквадратичное отклонение, сумму и многообразие.
Статистика по ячейкам. Эти функции предназначены для вычисления статистических характеристик по нескольким растровым слоям, например, для анализа летних температур за десятилетний период. Статистика соседства вычисляется на основе значения обрабатываемой ячейки и значений ячеек в заданной окрестности соседства, и может быть использована, например, при проверке стабильности экосистемы для определения разнообразия биологических видов в каждой из соседних областей. С помощью функции зональной статистики вычисляются характеристики по значениям одного набора данных для зон, определяемых другим набором, скажем, вы можно вычислить число аварий для каждой дороги в городе или среднее количество осадков для каждой лесной зоны.
Переклассификация. Эта функция выполняет замену значений ячеек другими значениями на основе некоторого критерия. Это можно использовать для группировки значений ячеек, например, для объединения всех видов автомобильных дорог в один класс, а всех видов железных дорог – в другой.
Калькулятор растров. Это инструмент для вычислений значений в ячейках растра по множеству других растров. Входными данными для калькулятора могут быть растровые или векторные наборы данных, таблицы и отдельные числа. Математические операторы представлены арифметическими, булевыми операторами и операторами отношений (включая также поразрядные и комбинаторные); математические функции представлены арифметическими, тригонометрическими, логарифмическими и степенными функциями, а функции алгебры карт позволяют производить операции типа вычисления уклона или статистических характеристик ячеек для нескольких растровых слоев.
Конвертация. Этот инструмент предназначен для преобразования векторных данных (покрытий, шейп- файлов, данных САПР) в растровые и наоборот.
ArcGIS 3D Analyst. Этот дополнительный модуль предлагает мощные средства создания, визуализации и анализа поверхностей в виде регулярных (растровых) и нерегулярных (триангуляционных) моделей данных. Отличительной особенностью этого модуля по отношению к большинству других является то, что его основные функции доступны не в приложении ArcMap, а в другом – ArcScene, специально предназначенном для трехмерной визуализации картографических поверхностей и трехмерных объектов и явлений. ArcScene позволяет рассматривать реалистичные трехмерные изображения с различных точек зрения. Помимо нового приложения ArcScene, этот модуль расширяет функциональность приложений ArcMap и ArcCatalog, позволяя в них создавать и визуализировать модели поверхностей (растровые и триангуляционные).
Растровые поверхности строятся с помощью функции «Интерполяция растра», такой же, как в модуле ArcGIS Spatial Analyst (см. выше).
Триангуляционные поверхности создаются по нескольким наборам векторных данных и используются в основном только для моделирования небольших участков местности.
Модуль ArcGIS Spatial Analyst содержит множество стандартных средств анализа поверхностей, в т.ч. построение изолиний, изоклин, расчет уклонов и экспозиций склонов, анализ видимости и пр.
В приложении ArcScene можно задавать такие общие свойства сцены, как освещенность, фон, вертикальное растяжение, а также перемещать и вращать сцену, задавать координаты наблюдателя. Кроме того, есть возможность анимации трехмерного изображения и виртуального пролета над сценой.
Сцена в ArcScene состоит из трехмерных поверхностей и дополнительных трехмерных объектов, динамически создаваемых на основе обычных двумерных. Например, обычный двумерный слой зданий может быть представлен в ArcScene как набор трёхмерных фигур, которые получаются за счёт «выдавливания» многоугольников вверх на некоторую высоту, задаваемую в атрибуте высоты зданий. Для повышения реалистичности поверхностей на них обычно «натягивают» некоторые растровые изображения, например аэрокосмоснимки местности или сканированные карты.
ArcGIS Geostatistical Analyst. Это специализированный модуль для выполнения геостатистического анализа. Он позволяет строить непрерывные (растровые) поверхности на основе измерений, проведенных в отдельных точках пространства. С помощью этого модуля можно интерполировать значения различными методами с высокой степенью достоверности. Отметим, что функции интерполяции методом кригинга имеются также в модулях ArcGIS Spatial Analyst и ArcGIS 3D Analyst, однако в данном модуле представлены более мощные варианты этих функций, а также некоторые другие. Кроме того, модуль ArcGIS Geostatistical Analyst включает инструменты для статистической оценки ошибок, определения пороговых значений и вероятностного моделирования.
ArcGIS Survey Analyst. Этот модуль предназначен для обработки результатов геодезических изысканий и их отображения на карте. Основным достоинством модуля перед аналогичными программами для обработки геодезических изысканий является то, что данные ArcGIS Survey Analyst хранятся в геобазе данных вместе с остальными объектами ArcGIS, и что координаты обычных пространственных объектов могут быть увязаны с обработанными координатами съемочных точек. При этом координаты объектов можно автоматически выравнивать по значениям съемочных точек.
 Используя модуль ArcGIS Survey Analyst, можно хранить в единой геобазе данных огромное количество геодезических измерений, сделанных в разные периоды времени. При этом координаты объектов могут быть измерены многократно в разное время. Также модуль позволяет количественно и визуально на карте оценить точность выполненных измерений.
ArcGIS Tracking Analyst. Этот модуль предназначен для отображения и анализа данных, изменяющихся во времени (из архива темпоральных данных или данных, поступающих в реальном времени), таких, например, как данные систем спутниковой навигации GPS. Основными областями применения этого модуля являются транспорт, службы быстрого реагирования, военные, а также задачи изучения и мониторинга окружающей среды.
Модуль ArcGIS Tracking Analyst содержит следующие основные возможности.
Обработка темпоральных данных. Модуль напрямую поддерживает ГИС-данные, содержащие информацию о времени, а также позволяет использовать данные, поступающих в режиме реального времени с сервера ArcIMS Tracking Server. Обеспечивается поддержка данных в виде точек (автомобили, воздушные или морские суда), линий (атмосферные фронты) или полигонов (полоса съемки спутника, нефтяные пятна).
Темпоральные символы.  Такие символы позволяют по-разному отображать данные в зависимости от текущего времени. Каждый слой имеет своё собственное время жизни, определяющее объем и время отображения темпоральных данных. Для наборов данных с характеристиками времени возможно комбинирование обычных и темпоральных символов. В зависимости от времени символы точечных объектов могут изменять свой цвет, размер и сам символ. В зависимости от характеристики времени линейные и полигональные символы могут изменять свой цвет. Кроме того, модуль ArcGIS Tracking Analyst позволяет отображать траектории перемещения объектов.
Воспроизведение. Данный инструмент предназначен для интерактивного проигрывания данных, имеющих темпоральную составляющую.
Темпоральный анализ. Функция «часы данных» показывает плотность пространственных событий во времени, используя различные методы определения плотности и визуализации. Функция «временной сдвиг» позволяет совместно воспроизводить данные за различные периоды времени. Кроме того, в случае выполнения некоторых условий над атрибутами и их пространственными характеристиками, могут быть выполнены такие специальные действия, как подсветка, скрытие и проявление объекта, или действие, заданное пользователем.
ArcScan для ArcGIS. С этим модулем ArcGIS становится профессиональным векторизатором. Модуль обеспечивает выполнение функций сканирования твёрдых копий карт (на бумажных носителях) и векторизации – преобразования растровых данных в векторные слои (шейп-файлы, покрытия или наборы данных геобазы). ArcScan полностью интегрирован в приложение ArcMap. Он включает инструменты а) редактирования («чистки») растров перед векторизацией,  б) полуавтоматической и автоматической векторизации, в) постобработки векторизированных векторных объектов.
Режим автоматической векторизации растров может работать двумя способами, когда векторизация ведется по центру линий (для линейных объектов) либо по границе (для площадных объектов). Выбор способа зависит от априорных сведений о природе объектов на отсканированных изображениях и поэтому определяется пользователем.
Режим полуавтоматической векторизации является расширением обычного режима ArcGIS для рисования новых объектов карты. При этом в помощь пользователю предоставляется инструмент автоматической подтяжки вводимых узлов объектам к специфическим объектам на растре. Подтяжка может делаться к осевым линиям растровых объектов, к точкам пересечения линий, к углам, концевым точкам и к компактным объектам.
Инструмент трассировки по растру также предназначен для полуавтоматической векторизации. С его помощью нужно просто указать курсором направление проведения векторизации и нажать кнопку мышки. При каждом последующем нажатии будут создаваться векторные объекты, проводя линии через центры соответствующих ячеек растра.
В случае, когда нужно векторизовать только определенные виды объектов и в некоторой области растра, можно воспользоваться инструментом выбора пикселей для векторизации, позволяющим отсеять незначимые пиксели растра.
Image Analysis для ArcGIS. Этот модуль предназначен для обработки данных дистанционного зондирования. Модуль имеет следующие основные возможности:
- Геометрическое преобразование растра, включая аффинное, полиномиальное, методом «резинового листа», перепроецирование (перевод изображения из одной проекции в другую), а также ортокоррекция изображений с использованием различных моделей фотокамер (с центральной проекцией или установленных на спутниках Ikonos, Spot, Quickbird, Landsat и др.).
- Создание ориентированных изображений, подходящих для использования в модуле Spatial Analyst.
- Составления из нескольких изображений мозаики и изменение баланса цветов отдельных изображений.
- Классификация (автономная классификация «IsoData» и управляемая классификация).
- Отсечение частей изображения.
- Импорт изображений из множества форматов (включая все, поддерживаемые системой ERDAS Imagine в т.ч. TIFF, GIF, Jpeg, Generic Binary, Raw Binary, MrSID, ERDAS Imagine LAN и IMG.).
- Преобразование растра в векторные слои и растеризация векторного изображения.
- Выполнение пространственных улучшающих преобразований растра (фильтрация со сверткой, изотропный фильтр обнаружения краев, фокальная тематическая фильтрация, слияние снимков с различным пространственным разрешением).
- Выполнение радиометрических улучшающих преобразований (использование таблиц перекодировки LUT), выравнивание яркостных гистограмм, совмещение гистограмм, получение негатива).
- Выполнение спектральных улучшающих преобразований (преобразование цветового пространства RGB в INS и наоборот, нормализованный вегетационный индекс NDVI, преобразование в естественные цвета).
- Выполнение операций пространственного анализа растров (анализ окрестности, перекодирование растров, суммирование областей).
- Классификации изображений различными методами.
Stereo Analyst для ArcGIS. Этот модуль предназначен для обработки стереоизображений и получения цифровой модели местности. Модуль имеется следующие основные возможности:
- Создание стереопар разными способами.
- Визуализация стереоизображений анаглифическим (с использованием красно-синих очков) и аппаратным (с жидкокристаллическими очками, управляемыми драйвером OpenGL с поддержкой стереоизображения в окне) способами.
- Использование трехмерного «плавающего» курсора для идентификации и сбора трехмерных данных. В процессе сбора данных высота трехмерного курсора может быть точно установлена на заданном уровне или на поверхности, которая интересует пользователя.
- Контроль качества цифровых стереомоделей.
- Измерение и сбор пространственной информации в трехмерном виде, в том числе построение и редактирование объектов и их атрибутов в формате трехмерных шейп-файлов.
- Преобразование существующих обычных двумерных шейп-файлов в трехмерные шейп-файлы.
- Точный сбор множества трехмерных точек и ломаных линий для создания цифровых стереомоделей рельефа.
- Полуавтоматическое выделение дорог, зданий и земельных участков.
- Автоматическое кодирование объектов и присвоение атрибутивной информации.
Модуль Stereo Analyst для ArcGIS поддерживает все форматы растровых и векторных данных, используемые в ERDAS Imagine, в т.ч. TIFF, GIF, Jpeg, Generic Binary, Raw Binary, MrSID, ERDAS Imagine LAN и IMG. Также Stereo Analyst поддерживает форматы данных для описания моделей, которые могут напрямую использоваться в Virtual GIS, например формат MultiGen. Stereo Analyst позволяет просматривать свойства моделей сенсоров и блоков изображений ERDAS Imagine OrthoBASE.
В заключение отметим, что все программные продукты серии ArcGIS построены на общей открытой объектно-ориентированной архитектуре, основанной на технологии ActiveX. К каждому объекту в ArcGIS (внутри пользовательского приложения ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox или ArcScene, внутри любого дополнительного модуля к ArcGIS или на сервере пространственных данных) можно получить прямой доступ через стандартные ActiveX-интерфейсы. Всё это позволяет пользователям и сторонним разработчикам при необходимости наращивать функциональность ГИС, используя любой язык программирования, поддерживающий технологию ActiveX, например, Visual Basic, C++ или Delphi. Помимо этого, можно использовать язык Visual Basic for Applications, непосредственно встроенный в приложения ArcMap, ArcCatalog и ArcScene.
3.3. Техническая реализация системы
Непосредственная техническая реализация системы заключается в подготовке компьютерной сети, на сервер которой устанавливается серверное ядро программы, система управления базой данных и основные модули обработки информации. Выбранное программное обеспечение не накладывает каких- либо существенных ограничений на структуру компьютерной сети, ее топологию и методы передачи сетевой информации, поэтому данный технический вопрос решается администратором компьютерной сети на месте. Связь между компьютерами может быть обеспечена любым возможным способом с использованием протокола TCP/IP и IPX.
На каждый компьютер пользователя устанавливается, в зависимости от типа пользователя, графическая оболочка ГИС, а также, по необходимости, модули обработки данных и подпрограммы хранения, вывода и ввода текущей информации.
Основными затруднениями при технической реализации разработанной геоинформационной системы являются непосредственный ввод обсервационных данных в систему с приведением информации к единому типу. В этом и заключается основное техническое затруднение, так как графическая информация предоставляется различными источниками (аэрофотосъемка, полевые геодезические изыскания, дистанционное спутниковое зондирование), поэтому исходные данные имеются в различных форматах отображения, с различным качеством и разрешающей способностью, и несут различную информационную нагрузку. Один из компьютеров в сети выделяется под станцию ввода данных, оператор данного компьютера производит контроль и коррекцию вводимой с различных источников геодезической информации.
Система должна обеспечивать работу с четырьмя типами исходных и оперативных данных:
- имеющаяся в системе трехмерная модель местности (в цифровом виде в 3D, в формате, поддерживаемом ГИС);
- текущая и периодическая информация от полевых геодезических изысканий, проводимых с использованием цифровых автоматизированных приборов (в цифровом виде в 3D, в формате, поддерживаемом приборами);
- периодическая информация от аэрофотосъемки (в цифровом виде, в двухмерной интерпретации, формат простого фотоснимка);
- периодическая информация от спутниковой фотосъемки (в цифровом виде, в двухмерной интерпретации, формат простого фотоснимка).
Рассмотрим более подробно три последних пункта. Информация от полевых и геодезических изысканий предоставляется в формате, поддерживаемом приборами, однако, при использовании программного обеспечения, предоставляемого производителями геодезических приборов, конвертация результатов полевых измерений в формат данных, поддерживаемый системой, не вызывает затруднений, однако, процесс производится в полуавтоматическом режиме под контролем оператора ввода информации.
Значительно сложнее реализуется ввод в систему данных дистанционного зондирования от аэрофотосъемки и спутникового наблюдения. Данные дистанционного зондирования (ДДЗ), включая аэро- и космоснимки в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом, радиодиапазоне или во многих диапазонах волн сразу; результаты лазерного сканирования поверхности Земли, а также другие данные, полученные неконтактным способом.
В настоящее время наибольший объем ДДЗ поступает от оптических или радиосенсоров, установленных на искусственных спутниках Земли или на самолетах. Кроме того, в ряде случаев используются вертолеты, дирижабли и различные беспилотные летательные аппараты (радиоуправляемые вертолеты и самолеты).
Сенсоры, установленные на спутниках и пригодные для картографических работ, имеют относительно невысокую разрешающую способность. Самые лучшие из них имеют точность 2 м, 1 м и даже 0,4 м в оптическом диапазоне. Аппараты, работающие во многих диапазонах одновременно, обычно дают меньшее разрешение (5, 10, 50, 100 м), в особенности в радиодиапазонах. Кроме того, разрешение по вертикали и горизонтали иногда бывает разным.
Стоит также отметить, что на спутниках работают сенсоры и гораздо более высокого разрешения чем 0,4, однако они имеют узкую полосу фотографирования, не обеспечивающую взаимного перекрытия снимков, и ряд других недостатков. В настоящее время такие сенсоры используются в основном только в разведывательных целях.