Дәріс № 14 Картография және геоинформатика

Геоақпараттық жүйеде мәліметтер негізінің көзі – ақпаратпен қамтамасыз ету. Мұнда жобаларды ақпаратпен қамтамасыз ету үшін жалпы құнының 90%шығынын қажет етеді. Геогарафиялық карталарды материалдардың көзі үшін пайдалану мәліметтер базасында ыңғайлы және тиімді. Бірінші мұнда атрибутты сипатамалар; Картографиялық көздерден алынған мәліметтер; екіншіден кеңістікті бейнелеу; Үшіншіден қазырғы кезде матириалдарды цифірлік пішіндерге айналдыру технологиясы.

Картографиялық көздер ерекшелігі - жалпы географиялық және

Топографиялық карталар, жүздеген тематикалық карталардың болуы.

Жалпы географиялық карталар топографиялық (масштаб 1: 200 000 және одан да ірі), жалпы топографиялық (1:200 000, 1: 100 000) және жалпы әртүрлі карталар (жер бедері, гидрография, топырақ өсімдік жамылғылары), шаруашылық обьекттер, шекара , коммуникация сызығы. Геоинформатикада бұл карталар екі мақсатта қолданады: біріншісі жергілікті жер туралы, ал екіншісі кеңістіктің тематикалық байланысы туралы ақпаратты алу. Мұнда фотокартаарды және ғарыш фотокарталарын жатқзуға болдаы. Аэро және фототүсірімге қолданады. Тематикалық карталарға табиғат, халық және т.б. карталар жатады.

Табиғат картасы бұл карта тематика жағынан әртүрлі жер бедері, жердің ішкі қойнауы, мұхит түбі, метеорологиялық, гидрологиялық, геобатаникалық, зоографиялық, ландшафтық, физикалық карталар жатады.

Халықтың қоныстану картасы. Халықтың қоныстану картасы келесідей бөлінеді: Территориясы, халықтың орналасуы, этнографиялық және антропологиялық халықтың орналасуы демографиялық сипатаммасы экономикасы бойынша бөлінеді.

Экономикалық карта. Әлеуметтік экономикалық тематикалық карта ішінде әртүрлі. Мұнда көбінесе өндіріс карталарын көрсетуге болады. Ол өндіретін өңделетін өндірістік салаларына ауыл -шаруашылық карталарға бөлінеді. Кеңінен пайдаланатын карталардың бірі табиғи ресурстық карта, ауыл шаруашылығында жануарлар орман шаруашылық, ғылыми карта халықтың қызмет етуі – қоныстау карталары.

1990ж Ресей жалпы геогрфиялық, топографиялық , геологиялық карталардың цифірлік түрлері жасалынды. Бұл жұмысты өткізу үшін Ресткартография геоинформатикалық орталығы салынды: Солтүстік батыс геоинформатикалық сібір ақпараттық Орал геоақпаратық және Дальгеоақпаратық орталықтары. Жұмыс қортындылары цифірлік картографиялық ақпараттық мемлекеттік геоақпараттық орталығында сақталады. Цифірлік карталарды шығарумен арнайы үйымдар айналысады: Олар ArcInfo, ArsView (ESRI, Inc), Геоақпаратық жүйе Паркі (Ланеко), GEOGRAPH (GeoDrak) ЦГИ ИГ РАНН. Қазіргі карталар МПР Ресейде негізгі НИВЦ орталығында шығарылады.

Цифірлік карталардың жасаудың көлемді жұмыстары Ресейдің көптеген қалаларында жасалады. Олар: Мәскеу, Санкт-Петербург, Новосібір, Казань, Уфа, Нижний Новгород, Сургут, Таганрог, Находка және т.б. Көп жағдайда карта жасаған кезде растрлық – векторлық технология қолданылады. Қолданылатын программа өнімдері: ArcInfo, ArsView, MapInfo, Professional, Mikrostation және т.б.

Карта сериялары және кешенді атластар негізгі рөл атқарады, мұнда мәліметтер жүйелік біркелкі пішінге проекция масштабы, генерализация дәрежесі және де басқа параметрлер бойынша келтіріледі. Бұл карта жинақтары әсіресе тематикалық базасын шығаруда ыңғайлы. Белгілі карта сериялары жоғары мектепте Мәскеу Мемлекеттік Университетінде кешенді картографиялық лабораториясында жасалған. Ол карталардың серияларына байланысты әртүрлі тематикалық карталар болады.

Цифрлік картографиялық негізгі ақпарат көзі болып интернет табылады. Мұнда екі бағыт жүреді, олар мәліметтерді сату және мәліметтерді ресурс ретінде өзінің жарнамасын орналастыру. Бірінші сегментке мысал ретінде Ингит, С-мар фирмалары, ал екіншісінде – е-atlas.ru және nakarte.ru. жатады. Геоақпараттық негізгі мәліметтер көзі болып дистанциалық зондылау табылады. Ол ғарыштан ( спутникпен түсіру жүйелері), авиациялық базалау

(ұшақ, ұшқыш) жүргізіледі. Контактсыз түсіру түрлеріне теңіздік және жерді базалау әдістері жатады. Мысалы фототеодолитті түсірім, сейсмикалық және де теңіз түбінің бедерін гидрологтар арқылы гидроакустикалық түсіру.

14.2. Мәліметтер базасын жобалау. Жобалау үрдісінде 3 негізгі деңгейді көрсетеді. Олар физикалық, логикалық және концептуальді. Мәліметтер базасы геоақпарат жүйесінде географиялық мәліметтерді концептуальді модельдеумен байланысты. Кеңістік объектінде – нүктелер, сызықтар, ареалдар қолданылады.

Логикалық деңгейі бар программалық мәліметтер техникалық қамтудан тәуелсіз. Мәліметтер базасында ең көп тараған логикалық құрылымдар, олар: иерархалдық, желілік және реляциялық.

• 
  нүкте -0дік объект, жоспарлық координаттармен сипатталады;
  
• 
  сызық -1-лік объект, белгілі жоспарлық координаттармен сипатталып, кем дегенде екі нүктеден түзіледі;
  
• 
  облыс 2-лік объект;
  
• 
  пиксел -2лік объект дискретизациялық бейнелеу нәтижесінде алынады;
  
• 
  ұяшық -2лік объект;
  
• 
  беткі -2лік объект тек қана жоспарлық координаттармен анықталмайды, сонымен қатар аппликатасымен, объектті түзетін атрибут қатарына енгізіледі.
  

- жалпы кеңістік объектісін бейнелейді;

- аты;

- орналасуын бейнелеу;

- басқа объекттермен байланысы;

Объекттің географиялық аты, оның шарттары, коды және идентификатор, объект аты болып саналады.

14.4. Мәліметтердің растрлық моделі. Компьютерлік графиктер аналогиялық әрі қарай бөлінбейтін бөліктері, яғни ескірген мәліметтердің матрицалық моделінің орнына мәліметтердің растрлық мәліметтері пайда болады. Мұндағы растр дегеніміз - бұл тік бұрышты тор. Бөлінбейтін бөліктер – пикселдер (ағылшын тілінен «pihcel» яғни «picture element» - бейнелеу элементі). Мәліметтер растрлық моделі пикселге анықтау атын немесе семантика объектісін анықтауға цифрлік мәнді негіздейді.

Растрлық типті геоақпарат жүйесінде кеңістіктік анализбен қоса функциялар және оларды өңдеу жүзеге асырылады. Оның құрамына 8 атқаратын аппарат « картографиялық алгебра» енеді. Мәліметтердің растрлық моделін қолдау – мәліметтерді цифрлік тәсілдермен өңдеу және толығымен бейнелеулерді өңдеуімен геоақпаратжүйесіне интегралдық программалық өнімдердің алғы шарттары. Расторлық мәліметтердің көп қысу әдістері бар, ең қолайлы және танымал ерекше әдістерінің бірі – топографиялық кодтау. Топографиялық код толық жұп сандардың қатарынан түзілетін негізгі растрлық қабат.

Технологиялық және техникалық себептерге байланысты геоақпараттық жүйелер XX ғасырдың 60-70 жылдары үнемі ұяшықтық мәліметтер моделі пайдаланылды.

Ұяшықтар көлемі әртүрлі болуы мүмкін, қажетті кеңістіктік рұқсатымен алынады, ол үшін ұжымдастырылған иерархалдық жүйе геоақпараттық жүйеде ARIS ті құрайды.

Растрлық кеңістіктік байланысы негізінде мәліметтер глобальді жер бедерінің цифрлік моделін ETOPOБ ЖӘНЕ GTOPO 30 көрсетеді. ETOPOБ түйіні 8 миллион. Растрлық байланыста трапеция биіктігі көлемі 5х5 бұрыш минимум, ал екіншілердің трапеция түйіні 30 х 30с.

SQL (Structured Query Language) тілі мәліметтер базасында арнайы амалдардың біртұтастығын анықтайды. Мәліметтер базасында біртұтастылықты бақылау тілдік деңгейде жүзеге асырылады.

SQL тілінің арнайы операторлары мәліметтер базасында представленияны анықтайды.

Дәріс № 15 Геоақпараттық картография
15.1. Геоанализ және модельдеу.

Жалпы аналитикалық операциялар және кеңістіктік уақытша модельдеу әдістері.Геоақпараттық жүйеде сақталып жатқан ақпараттар бағалы болса да, есептерді шығарған кезде пайда әкелмейді.

Геоақпараттық жүйеде көптеген операциялар қолданылады. Олар:кластеризация, жіктелу процедуралары, изосызықтар құрылысы, статистикалық байланыстарды тексеру, геометриялық процедуралары.

Кеңістіктік талдауладың қатынастары:

• 
  құрылыс заңдылықтары және объекттерді бөлу, оның кеңістіктегі сипаттамасы;
  
• 
  бірнеше объекттер кластарының кеңістікте таралуына байланысты, олардың бір-бірімен байланысы;
  
• 
  кеңістіктік құбылыстардың даму тенденциялары;
  

1. 
   Кеңістіктік объекттердің шығарылуы, олардың локализация сипаттамасын бейнелеу, басқа объекттермен байланысы;
   
2. 
   Кеңістіктік ұяшықтық пішіндер;
   

Сандық сипаттаманы анықтау үшін шкала қолданылады. Бұл сипаттамада 2 типті шкала беріледі. Бірінші типті шкалаға шартты отчет, ал екінші сала нөлге сәйкес келеді. Мұндай шкалаларға мысал ретінде – температура Цельсий және Кельвин шкалалары жатады.

Қазіргі кезде геоақпарат жүйесінде геокодтауға көп көңіл бөлінеді. Ол объекттер картасында байланысы, мәліметтер базасында орналасуын таблицада көрсетеді. Бұл ақпарат келесідей берілуі мүмкін: олар географиялық және тікбұрышты объекттер координаттарымен. Мысалы геологиялық немесе топырақ зерттеулерінде шурф нүктелерінің байланысуы, олардың координаттары глобальді жүйеде позициаланады. Осы мәліметтер глонасс немесе навстар қабылдағыштарымен алынды.

-территорияның жүйелік урбанизациялануы;

- почталық индекстер;

- сызықтық маршруттардың арақашықтығы;

Байланыстық сараптама.

Кеңістіктік желіде пользовательге әртүрлі тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді. Мысалы: транспорттық байланыста әртүрлі жол кластары беріледі. Олар бір-бірімен перекрестоктар арқылы жалғасады, ал электорлық байланыс әртүрлі кабельдер типімен сипатталады.

Байланыс дегеніміз 2 нүктенің басқа сызықтармен қоса байланысы. Бұл нүктелердің басы және аяғы болады. Байланыс нүктесін - түйін (узел) деп атайды.

Келесі маңызды факторлардың бірі – ол элементтердің байланысуы. Барлық байланыс типтерінде екі қосылу нүктелері болады: ол «из/в», «из/через».

«Из/в» типі су ағындарында кездеседі.

«Из/через» А және В аралық объектімен байланысады. Бұл байланысу типі электрлық байланыстарда кездеседі.

Геоақпарат жүйесінде байланыс сараптамаларының функционалды модульдері қолданылады ArcView G/3 жүйесіне -Network Analust модулі, Geo Media Provessional - Geo Media Network.

Network Analust модулі ArcView G/3 те коммуникация сызығы.

Орындайтын тапсырмалары:

- жақын жерде зерттеу орнын іздеу;

- қысқа мерзімді маршрутты өңдеу;

- маршрутты даярлау;

- күтуші зонаны анықтау;

Байланыстармен дұрыс жұмыс жасау үшін, олар қосымша мәліметтерді қамту керек:

Жер бедерін цифрлік модельдеу геоақпарат жүйесінде негізгі модельдеу функциясы болып табылады, оның құрамына 2 операция тобы енгізілген: біріншісі жер бедерінде есептерді шешуді қамтамасыз етеді, ал екінші топ осы шығарылған есептерді пайдалану.

Жер бедерін цифрлік модельдеудің бірінші эксперименттері 20 ғасырдың 60 жылдардың бірінші жартысында картографиялық автоматизациялау геоинформатиканың ең ерте даму сатысы болып табылады. Сол кезден бастап әртүрлі есептерді шешу алгоритмдері және әдістер, программалық модельдеу, сонымен қатар глобальді және халық мәселелері шешіле бастады.

Жер бедерін цифрлік модельдеудің АҚШ-тағы шығуы. Геологиялық түсірім АҚШ-та елдің ұлттық топограф карта жасау қызметтері жұмыс істеді.

DЕМ де мәліметтер жинағын дайындауда 4 технология қолданылды. Біріншісі цифрлік аэрофототүсірімдер, автоматизациялы өңдеу, цифрлік стереофотограмметриялық станцияларда GRM2 қамтамасыз ету программасын пайдалану, ал екіншісі –цифрлік шығару., үшіншісі – горизонтальдардың параллельдік цифрлеуі, төртіншісі цифрлік топографиялық караталардың DLG форматында түзілуі.

АҚШ DЕМ ЖБЦМ негізгі сипаттамалары.

топографиялық масштабқа сәйкес келуі	жоспарлы жүйенің координаттары	блоктар	биіктің берілуі	кеңістіктік рұқсат	мәліметтер жинағы
7,5 - minute DEM 1:24 000 (1:25 000)		сфералық трапецияда топографиялық карта шекарасының номенклатура беті 7,5 х 7,5 мин.	NG VD 29 АҚШ тың континентальді бөлігі және Гавай аралд.,	30х30	Биікт., 30м интерв., оңт.профиль б/ша, бат. шығ, қарай 30м арақашықтық
30 - minute DEM 1: 100 000	геодезиялық координаттар NA D27 немесе NA D83 жүйесінде	орташа 15 мин сфералық трапеция 30х30 мин.	NG VD 29 АҚШ тың континентальді бөлігі және Гавай аралд	2х2с	Биікт., 2с интерв., оңт.профиль б/ша, бат. шығ, қарай 2м арақашықтық
1 degree	ендік және бойлық д.ж. барлық геодезиялық жүйелерде WGS72 немесе WGS84	топографиялық картаның сфералықтрапециясы 10 х10 номенклатуралық беті	NG VD 29 АҚШ тың континентальді бөлігі және Аляскааралд	Биіктіктік интервал 3с профиль б/ша оңт. ендік 500с.е. 6с ендік белдеуге 50-700с.е	Биікт., оңт.солт. профиль б/ша, бат. шығ, қарай арақашықтық
7.5 - minute Alasha DEM 1:24 000 (1:25 000)	геодезиялық координаттар NA D27 немесе NA D83 жүйесінде	Блоктар көлемі 7,5х10минут оңт.енд. 590 с.е. 7,5 х 11,25 мин.ендік белдеуі 59-62 с.е.	NG VD 29 АҚШ тың континентальді бөлігі және Гавай аралд	Биіктіктік интервалы 1с профиль б/ша, арақашықтығы 2с	Биікт., оңт.солт. профиль б/ша, бат. шығ, қарай арақашықтық
		7,5 х 15мин. ендік белдеуі, 62 -68с.е. 7,5 х 18мин. с.е.
15 - minute Alasha DEM 1:63 360	геодезиялық координаттар NA D27 немесе NA D83 жүйесінде	блоктар көлемі 15 х20мин. оңт.енд. 590с.е. 15х22,5 мин.		биік. интерв. 2с профилі б/ша, арақашықтығы 3с

15.4. Жер бедерінде цифрлік модельдеуді пайдалану.

Дайын цифрлік модель әртүрлі функциялды есептерді шығара алады:

- жер бедерін цифрлік модельдеу программаларының өнімдерінің функциалары топтары;

-морфометриялық көрсеткіштер есебі;

-беткейлер пішіндерінің көлденең бағалануы;

- тальви және суайрықтардың генерация және де басқа жер бедерінің сызықтарымен байланысы;

- жер бедерінің профильдерінің көлденең қимасы;

- жер бедерінің блок диаграммалары;

-аэро және ғарыштық түсірімдер;
Мәліметтер визуализациясы. Картографиялық визуализация.

Адамның цифрлік мәліметтерді қабылдау, олардың компьютер орталығында пайдалану мәліметтерді визуализациялауға әкеледі.

Геоақпараттық жүйеде картографиялық графиктердің негізгі функциясы – адам және машина арасында интерфейс болу. Қазіргі кезде геоақпараттық жүйеде программалық функкционалдығын өсіру. Картографиялық визуализация арнайы – картографияны автоматтандыру, картографиялық жүйелердің автоматтануына әкеледі.

Картографиямен геоинформатиканың өзара байланысы жаңа карта типтерін шығаруға геобейнелерге, электронды карталарды шығаруға әкелді.

Электронды карталар – бұл картографиялық бейнелеуледің компьютер экранында көрсету.

Электронды карталарды бейнелеу маңызы:

1. Геоақпарат жүйеде картографиялық мәліметтердің болуы немесе цифрлік каталар мәліметтер негізінде компьютер дисплейінде бейнелеу;

2. Электронды түрде, цифрлік мәліметтер; СD ROM дискі;

Электронды атлас бірінші рет халықаралық картографиялық конференцияда Мексикада 1987ж Арканзас атласы болды. Арканзас атласының АҚШ кешенді атластарынан айырмашылығы аз болды. Бұл атлас 16 тарауға біріккен 100 карта физико-географиялық, әлеуметтік экономикалық, тарих және география тарауларына бөлінген.

Электронды атластар жыл сайын шығарулада, оның басты бір жақсы жері аз шығындалады.Электронды атлас дайындауда 118мың $ кетті, «қағаз» атлас штатта 500 мың /нан 1млн $ кетті.

Анимация және картографиялық картографияда бейнелеу әдістері: пішін, көлем, түс, белгінің ішкі құрылысы. Анимациялық

1. Пішін анимациясы. Мысалы: халық көп қоныстанған қала, туу. Олар шартты белгілер арқылы қолданылады;

2.Түс анимациясы. Мысалы қаланың электрольді картасы, шартты белгілері ақ дөңгелекпен көрсетіледі, дөңгелек көлемі халық санына пропорционал;

3.Белгінің ішкі құрылысының анимациясы. Мұнда түспен халық құрамы көрсетіледі;
Зертханалық сабақтар .
№ 1 Жалпы географиялық карталарды оқу .

Мақсаты : студенттер географиялық және топографиялық картамен жұмыс істей білуді үйрену және географиялық , топографиялық картаны оқи , түсінуі керек

Құралдар : ұзындықты өлшейтін аспаптар, суреттер, топографиялық және географиялық карталар, дәптер, карандаш, циркуль, сызғыш, А-4 форматты қағаз және калькулятор

Тапсырмалар :

1.Карталарды жіктеу.

2. Берілген жалпы географиялық карта бойынша жергілікті жерді сипаттау.

3. Карталардың элементін сипаттау.

4. Карталарды оқу әдісі.

5. Бақылау сұрақтары.

1. Топографиялық карталарды масштабтары бойынша жіктеу.

2. Берілген топографиялық карта бойынша жергілікті жерді бағдарлау.

3. Берілген топографиялық карталармен жұмыс.

4. Бақылау сұрақтары.
№ 3 Картадағы бұрмалану.

Мақсаты : студенттер географиялық және топографиялық картамен жұмыс істей білуді үйрену және географиялық , топографиялық картаны оқи , түсінуі керек

Құралдар : ұзындықты өлшейтін аспаптар, суреттер, топографиялық және географиялық карталар, дәптер, карандаш, циркуль, сызғыш, А-4 форматты қағаз және калькулятор

Тапсырмалар :

1. Картадағы бұрмалану.

2. Проекциядағы бұрмалану түрлері.

3. Картадағы бұрмалану мөлшерін аңықтау..

4. Бақылау сұрақтары.

№ 4 Картографиялық проекция.

1. Картографиялық проекцияларды жіктеу.

2. Картографиялық проекция.

3. Тең бұрышты конустық проекцияны есептеу.

4. Бақылау сұрақтары.
№ 5 Картографиялық проекцияларды салу және есептеу.

Мақсаты : студенттер географиялық және топографиялық картамен жұмыс істей білуді үйрену және географиялық , топографиялық картаны оқи , түсінуі керек

Құралдар : ұзындықты өлшейтін аспаптар, суреттер, топографиялық және географиялық карталар, дәптер, карандаш, циркуль, сызғыш, А-4 форматты қағаз және калькулятор

Тапсырмалар :

1. Цилиндрлік, конустық, азимутальдық, жартылай конустық, жалған цилиндрлік, жалған конустық проекцияларды қағаз бетіне салу.

2. Тен бұрышты цилиндрлік проекцияны есептеу.

3. Бақылау сұрақтары.

1. 1:25000 масштабты У-34-37-В-в (Снов) топографиялық картасынан палетка көмегімен, кестеде көрсетілген варианттардың бірін пайдалана отырып участок ауданын анықтау.

2. Голубая өзенінің және Андога өзенінің жағалауындағы орманымен екі орман өсінділер массив (6611,6711 және 6610 квадраттарының біраз бөлігі ) ауданның өлшеу.

3. Бақылау сұрақтары.

№ 7 Жер бетіндегі нүктелердің орнын анықтау