Построение запросов к базам данных ГИС на примере ArcMap. Изучение форматов пространственных данных ArcCatalog и ArcMap

 

 

ФИЛИАЛ  РОССИЙСКОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

НЕФТИ И ГАЗА  им. И.М. ГУБКИНА В г. ТАШКЕНТЕ

 

Отделение «Технологии геологической и геофизической разведки»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

  по дисциплине «Геоинформационные системы»

на тему «Построение запросов к базам данных ГИС на примере ArcMap. Изучение форматов пространственных данных ArcCatalog и ArcMap.»

 

 

 

                                                       Выполнил: ст.  гр. ГФ-09-01   Джураев А.Д.,

                                                         

 

                                                             Проверил: _____________         Камалов А.А.

   (принял)     подпись

 

 

 

 

 

Работа допущена к защите « » 20__ г. 

 

 

 

 

 

 

Работа защищена «__ »  20__ г.; оценка  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент- 2012 г.

Список сокращений.

ESRI – Environmental Systems Research Institute;

ГИС – геоинформационная система;

ПО – программное обеспечение;

БД – база данных;

СУБД – система управления базами данных;

ООН – Организация Объединенных Наций;

САПР – система автоматизированного  проектирования;

VPF - Vector Product Format;

SDC - Smart Data Compression;

XML - Extensible markup language;

HTML - Hypertext markup language;

SQL - Structured Query Language.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Цели курсовой работы.

Основными целями данной курсовой работы являются:

• систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений по дисциплине «Геоинформационные системы»;
• углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой;
• формирование умений применять теоретические знания при решении поставленных вопросов;
• формирование умений использовать справочную и нормативную документацию;
• развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности.

Основными задачами, решаемыми в  данной курсовой работе являются:

• исследование принципов пострения запросов в ГИС на примере ArcMap;
• изучение форматов пространственных данных в ГИС ArcMap и ArcCatalog.

Согласно доклада Комитета Экспертов ООН по Управлению Глобальной Пространственной Информацией «Будущие тенденции в управлении пространственной информацией: перспектива на срок от пяти до десяти лет», использование пространственной информации повсеместно растет быстрыми темпами не только на государственном уровне, но и в частном секторе в связи с не ослабевающей необходимостью оперативного и в то же время эффективного  принятия решений. Кроме того, экспертами комитета было отмечено, что в ближайшей перспективе на десять лет активное использование пространственной информации от прерогативы небольшой группы  специалистов перейдет в стадию полномасштабного использования и приобретет значительную популярность. Таким образом, в свете  вышесказанного становится понятной актуальность задачи углубленного изучения пространственных данных и систем управления ими. В частности, постоянно растущий интерес предприятий нефтегазовой отрасли устанавливает одним из ведущих критериев профессионализма современных специалистов-инженеров свободное владение геоинформационными системами управления пространственными данными.

Геоинформационная система предназначена для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Термин также используется в более узком смысле — ГИС как инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов. ГИС включают в себя возможности cистем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств. По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS). Ярким примером подобной системы, получившей весьма широкое распространение, является разработанный американской компанией ESRI семейство программных продуктов ArcGIS,  изучению некоторых компонентов которого посвящена данная курсовая работа.

ArcGIS позволяет визуализировать  (представить в виде цифровой  карты) большие объёмы статистической  информации, имеющей географическую  привязку. В среде создаются и  редактируются карты всех масштабов:  от планов земельных участков  до карты мира. Также в ArcGIS встроен  широкий инструментарий анализа  пространственной информации. ArcMap и ArcCatalog являются приложениями одного из ПО семейства ArcGIS, настольной ГИС  ArcView, представляющей собой набор мощных инструментов для картографирования, создания отчетов и картографического анализа.

 

 

1. Построение запросов к БД ГИС на примере ArcMap.
1. .Назначение,  структура и принцип работы ArcMap.

ArcMap основное приложение ArcGIS Desktop. Оно используется для всех картографических задач, включая создание карт, анализ карт и редактирование данных. В ArcMap есть два варианта отображения и работы с картой — в Виде географических данных и в Виде компоновки — в них можно решать разнообразные ГИС задачи. ArcMap построена на основе технологий COM, .NET, Java, XML, SOAP. ArcMap предоставляет пользователю ряд  возможностей, например:

• Визуализация. Вы быстро сможете работать с вашими данными географически: видя структуры, находя скрытые тенденции и распределения, и получая новую информацию, благодаря новому взгляду на ваши данные.
• Создание. Есть возможность легко создавать карты, отражающие вашу идею. ArcMap предоставляет все средства для размещения ваших данных на карте и их эффективного отображения.
• Представление. Показать результаты вашей работы также просто. Вы можете создавать карты отличного качества на уровне готовой печатной продукции и формировать интерактивные изображения, связывающие с вашими данными диаграммы, таблицы, рисунки, фотографии и другие элементы.
• Разработка. Среда настройки ArcMap позволяет вам сформировать интерфейс, соответствующий вашим потребностям или потребностям вашей организации, создать новые инструменты для автоматизации вашей работы и разработать отдельные прикладные системы на основании картографических компонентов ArcMap.

Принципиальная схема  структуры  ArcMap представлена на рис. 1

 

 

 

Рис.1 Принципиальная блок-схема структуры ArcMap

 

 

 

Принцип работы приложения ArcMap заключается в следующем: взимодействуя напрямую исключительно с интерфейсом приложения, пользователь в большинстве случаев использует растровые данные, соответствующим образом привязанные к определенной координатной системе посредством определенных операций, которые играют роль основы для построения необходимых карт. ArcMap позволяет наносить на основу различные объекты благодаря подсистеме сбора данных. Собранные и поддерживаемые подсистемой базы данных материалы обычно представляют собой атрибуты соответствующих объектов на карте, которые при необходимости проводятся через подсистему анализа, выполняющую функции обработки картографических данных и манипуляции ими. Далее промежуточные материалы обрабатываются подсистемой представления и генерации картографических данных, в результате чего пользователь получает возможность оценить данные визуально. Именно визуализация данных позволяет взглянуть на выполненные изменения в ином масштабе и сделать выводы о результатах проведенных манипуляций. В случае, если результаты проделанной работы кажутся пользователю неудовлетворительными, данные вновь обрабатываются подсистемой анализа и редактирования. Полученные в итоге материалы посредством подсистемы представления формируют финальный документ (карту), выступающую в роли готового продукта. Кроме вышеуказанного, приложение ArcMap позволяет подстраивать интерфейс под нужды пользователя посредством не только изменения конфигурации панели управления модулями, входящими в ее состав, но и создавать индивидуальные ГИС-приложения, выполняющие конкретно заданные операции.

 

 

 

 

 

1.2. Построение баз данных в  ArcMap.

Для представления географических данных в ArcGIS используется модель данных высокого уровня. В ней пространственная информация представляется в виде векторных пространственных объектов, растров и других типов данных. ArcGIS поддерживает реализацию этой модели данных как в файловой системе, так и в СУБД. Модели данных, основанные на файлах, поддерживают такие наборы данных ГИС как покрытия, шейп-файлы, растровые изображения и нерегулярные трингуляционные сети (TIN). Модель данных базы геоданных работает с теми же типами пространственных данных в СУБД, обеспечивая при этом ряд значительных преимуществ. Как файловые модели данных, так и модель данных базы геоданных, основанная на СУБД, определяют обобщенную модель географической информации. Эта модель может быть расширена и может взаимодействовать с широким спектром специальных моделей. Возможности настройки поведения обобщенной модели географических данных ArcGIS позволяют создавать основанные на стандартах, многоцелевые географические данные, которые могут легко передаваться между различными пользователям. Таким образом, ArcGIS обеспечивает базовую платформу для любого ГИС-приложения.

Модели данных, основанные на файлах: покрытия, шейп-файлы и другие

ArcGIS  поддерживает файловые модели данных покрытий, шейп-файлов и таблиц атрибутов. ГРИДы и TIN обеспечивают поддержку растровых данных и поверхностей. Настольные продукты ArcGIS — ArcReader™, ArcView®, ArcEditor™ и ArcInfo™— содержат полный набор инструментов для работы с данными, содержащимися в этих файловых моделях. ArcMap™, приложение для создания карт и редактирования данных, отлично работает со всеми этими форматами. ArcCatalog™ и ArcToolbox™, приложения для управления пространственными данными и их геообработки, также помогут вам создавать эти файловые наборы данных и управлять ими.

ArcGIS включает базу геоданных - модель данных для представления географической информации, основанную на использовании стандартной технологии реляционных баз данных. База геоданных - сокращенное название географической базы данных - обепечивает хранение и управление географической информацией в таблицах стандартной реляционной СУБД. Например, в таблице может храниться класс пространстенных объектов, и каждая строка таблицы будет представлять один объект. В каждой строке таблицы присутствует поле "shape", в котором содержится геометрическое описание объекта. Эта основная реляционная модель хранения данных придерживается спецификации простых объектов ISO и OGC (Open GIS Consortium или OpenGIS®). Помимо векторных объектов в реляционных таблицах могут храниться все другие типы пространственной информации, что позволяет работать со всеми вашими пространственными данными в одной СУБД. Используя базу геоданных, вы можете устанавливать дополнительные правила целостности и поведения пространственных данных для моделирования топологии, поведения объектов в пространственных системах сетей и потоков, каталогов растров. Например, для пространственных данных переписи вы можете установить следующие правила целостности данных:

• Переписные участки не могут перекрываться.
• Переписные участки должны полностью покрывать территорию переписи.
• Переписные участки должны содержаться внутри и иметь общую границу с территорией переписи.

Правила целостности и поведения  применяются к таблицам пространственных объектов с помощью так называемых контролирующих объектов, или объектов- посредников (пограммных компонентов, реализующих заданные правила и поведение). Поэтому базу геоданных называют также объектно-реляционной моделью данных, продемонстрированной на рис.2

 

Примеры правил целостности, которыми можно управлять с помощью топологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Схематический вид базы геоданных.

ArcGIS поддерживает топологию в базе геоданных. Это обеспечивает одну из важнейших возможностей моделирования данных, весьма существенную для пользователей ГИС при разработке их баз данных. Топология - это набор правил целостности и программных инструментов, определяющих поведение пространственно связанных географических объектов и классов объектов. "Территории округов не должны перекрываться" - вот пример простого правила топологии для полигонов в классе пространственных объектов округов. Правила могут устанавливаться и для нескольких класоов пространственных объектов. Например, полгионы класса "Округа" должны полностью покрывать и содержаться внутри класса пространственных объектов "Штаты". В базе геоданных топология задается набором правил целостности и ключевыми свойствами, такими как: кластерный допуск, ранг точности координат класса пространственных объектов (объекты класса с меньшей точностью геометрии могут быть привязаны к объектам с большей точностью), а также исключения из правил топологии. Установление правил топологии - один из основных этапов в разработке базы геоданных. В каждом случае пользователи определяют, какие классы пространственных объектов участвуют в топологии и имеют общую геометрию. Эти классы пространственных объектов с общей геометрией объединяются в наборы классов, для которых задаются управляющие правила геометрического поведения объектов.

 

 

 

 

 

 

 

На практике чаще всего базы данных создаются посредством последовательного  нанесения объектов на карте и  последующего изменения их атрибутов, которым при создании присваиваются  некоторые значения по умолчанию. Именно таблица атрибутов картографических объектов и является простейшим и  наиболее распространенным примером базы данных.