Основні аналітичні засоби, що використовують в землеустрої

Набір аналітичних процедур, реалізованих у різних ГІС-пакетах, досить близький за складом і можливостями.

Однак на сьогодні не існує єдиної класифікації аналітичних операцій, що породжує велику кількість різних трактувань і переліків, що відображають відмінність поглядів на суть аналітичного процесу взагалі. Так, відома класифікація московських авторів А.В. Кошкарева і B.C. Тикунова [19] ранжує існуючі методи обробки просторових даних, витримуючи звичайну послідовність дій, що виконуються аналітиком. Отже, усе різноманіття просторових аналітичних операцій вони пропонують поділити на:

♦ переформатування (конвертування даних із формату у формат);

♦ трансформацію проекцій і перерахунок в інші системи координат;

♦ методи обчислювальної геометрії;

♦ накладання шарів;

♦ аналітичні і графоаналітичні методи;

♦ методи моделювання.

При безперечній всеосяжності наведеної класифікації дещо неприродним є об'єднання звичайних операцій з підготовки даних із власне аналітичними функціями.

Енді Мітчелл[17] робить наголос на меті дослідження, а не на інструменті, яким її буде досягнуто. У запропонованому ним переліку найпростіші методи аналізу в ГІС можна визначити таким чином:

♦ пошук, «де розміщуються об'єкти» (Mapping where things are);

♦ виявлення, де «більше», де «менше» (Mapping the most and least);

♦ картування щільності (Mapping density);

♦ пошук того, що всередині (Finding what's inside);

♦ пошук того, що поряд (Finding what's nearby);

♦ картування змін (Mapping change).

За Світличним, сукупність аналітичних процедур, що входять до складу блоків аналізу ГІС-пакетів поділяють на такі групи [7]:

· картометричні операції;

· операції вибору;

· рекласифікація;

· картографічна алгебра;

· статистичний аналіз;

· просторовий аналіз;

· оверлейний аналіз;

· мережний аналіз.

Наведена класифікація є умовною, проте вона досить повно відображає спектр аналітичних процедур, які входять до складу сучасних інструментальних ГІС.

Картометричні операції, тобто вимірювання по картах та інших геозображеннях з використанням програмних засобів. В ArcGIS картометричні операції здійснюються зо допомогою панелі «Інструменти» (Рис.2.14.)

Рис. 2.14. Інструменти виміру необхідних величин у середовищі ArcGIS

За допомогою даних інструментів можна здійснити:

Ø вимірювання(визначення) координат точки;

Ø вимірювання довжини прямої чи ламаної лінії;

Ø вимірювання довжини периметра полігона;

Ø вимірювання площі полігона;

Операції вибору допомагають користувачу одержати саме ту інформацію, яка необхідна йому в даний момент роботи з ГІС. Вибір необхідної частини інформації з однієї чи декількох картографічних баз даних здійснюється за допомогою запитів [7].

Залежно від характеру необхідної інформації запити можуть організовуватися як за місцем розташування (Рис.2.11.а) (за координатами і взаємоположенням об'єктів), так і за атрибутами (Рис.2.11.б) (ідентифікаторами, класифікаторами і текстовими описами, що зберігаються в атрибутивній базі даних).

а б

Рис. 2.14. Операції вибору в середовищі ArcGIS (а) – за місцем розташування, (б) – за атрибутом

Рекласифікація – це операція зміни змісту растрової карти або на основі характеристик, які містяться в іншій карті (чи картах) з наявної бази даних, або одержаних в результаті просторового аналізу, або на основі сформульованої умови. Операція застосовується для створення нових шарів просторових даних для даної території на основі вже наявної цифрової картографічної бази. В ArcGIS дана операція реалізується за допомогою інструментів Spatial Analyst – «Перекласифікація».

Більшість процедур аналізу в середовищі ГІС, які виконуються з растровими просторовими даними, виконується з використанням операцій картографічної алгебри.

Операції картографічної алгебри реалізуються за допомогою набору операторів, які виконуються через введення команд, записаних з використанням певних правил побудови. Інструменти картографічної алгебри містяться в модулі Spatial Analyst

Клас локальних операцій містить функції, що впливають на картографічні шари «покомірково», тобто – на окремі комірки однієї або декількох карт. Властивості комірок змінюються на основі вмісту цих самих комірок або вертикального потоку матеріалу через ці комірки. Найбільш простими з локальних операцій є арифметичні, тригонометричні, експоненціальні (показові) і логарифмічні функції, застосовувані до комірок одного або кількох шарів даних. Прикладом картометричної операції є різниця растрів (Рис.2.13.) [18].

Рис. 2.16. Різниця растрів

При операціях сусідства (фокальних операціях) вміст (властивості) комірки растра зіставляється зі вмістом (властивостями) оточуючих комірок і змінюється за певним правилом, або на основі властивостей оточуючих комірок, або залежно від характеристик потоку матеріалу із сусідніх комірок. Іншими словами, для кожної комірки нове значення обчислюється на основі інформації, що міститься в одному чи декількох картографічних шарах у комірках, просторово асоційованих з даною, і зберігається в новому картографічному шарі [7].

Зональні операції картографічного моделювання складаються із операторів, що обчислюють нове значення для кожної комірки як функцію значень комірок, які входять у той самий ареал(зону), що і розглянута в даний момент комірка. Для кожної комірки розглянутої територіальної одиниці обчислюється статистичне значення на основі значень комірок вихідної карти (Рис. 2.14.) [18]. Це значення присвоюється всім коміркам результуючої карти, що належить до однієї(даної) територіальній одиниці(зони, ареалу).

Рис. 2.17. Зональна статистика

Глобальні операції виконуються в тому випадку, коли карта класів об'єктів представлена одним об'єктом, розподіленим по всій площі. Результатом виконання глобальної операції є число – функція значень всіх комірок, що не містять відсутні значення До складу глобальних входять такі оператори, як [7]:

Ø обчислення загальної площі комірок;

Ø обчислення суми значень всіх комірок;

Ø обчислення середнього значення зі значень усіх комірок;

Ø знаходження максимального і мінімального значень зі значень усіх комірок;

Ø визначення площі і довжини комірки растра і деякі інші.

Сучасні інструментальні ГІС мають різні можливості статистичного аналізу. До найбільш часто реалізованих у рамках ГІС-пакетів операцій статистичного аналізу відносять такі:

- обчислення статистичних параметрів просторового розподілу змінної, представленої на карті, - середнього, середньоквадратичного відхилення, дисперсії, мінімального і максимального значень;

- побудова гістограм просторового розподілу змінної для всієї території або її частини в графічній і табличній формі з можливістю задання користувачем кількості інтервалів і/або ширини інтервалів.

До методів просторового аналізу можна, по суті, віднести переважну більшість процедур аналітичного блока сучасних ГІС. Проте в ГІС традиційно до «просторового аналізу» відносять досить вузьку сукупність методів, а саме: побудові буферів, аналіз географічного збігу і включення, аналіз близькості і зонування території з використанням полігонів Тиссена-Вороного [7].

При побудові буферів можуть бути використані точкові, лінійні і територіальні об'єкти навколо яких створюються нові територіальні об'єкти, межі яких знаходяться на певній відстані від вихідних (Рис. 2.15.)[18].

Рис. 2.18. Побудова буферів

Процедура аналізу географічного збігу і включення полягає у визначенні взаємного розміщення точкових, лінійних і просторових об'єктів. Варіантами є:

· визначення знаходження всіх точкових об'єктів, що знаходяться в межах територіального об’єкта;

· ідентифікація всіх лінійних об'єктів у межах територіального об'єкта

· визначення територіальних об'єктів, що лежать у межах інших територіальних об'єктів.

Завданням аналізу близькості є пошук об'єктів, що лежать на визначеній відстані від початкового об'єкта. Концептуально ця процедура подібна до побудови буфера «нальоту» і не вимагає розроблення нової карти [7].

Полігонами Тиссена-Вороного називаються багатокутники, побудовані навколо мережі точкових об'єктів таким чином, що для будь-якої позиції в межах полігонів відстань до центрального точкового об'єкта завжди менша, ніж до будь-якого іншого об'єкта мережі, що розглядається (Рис. 2.16.)[18].

Рис. 2.19. Побудова полігонів Тиссена-Вороного

Оверлейний аналіз включає будь-які операції, пов'язані з графічним або аналітичним «накладенням» двох або більше шарів даних(Рис. 2.17).

Рис. 2.20. Інструменти оверлейного аналізу

У сумісних оверлейних операціях можуть використовуватися різні типи просторових об'єктів: точкові, лінійні і полігональні.

Програмна реалізація векторних оверлейних алгоритмів досить складна і пов'язана з великими витратами машинного часу на пошук координат всіх перетинів і лінійних сегментів, що утворюють полігони. Аналіз перетину двох ліній – основна дія оверлейного аналізу.

Методи мережного аналізу поділяються на ряд категорій, обумовлених функціональним контекстом мережі, серед яких найбільш розробленим є аналіз інженерних комунікацій і аналіз транспортних мереж.

Для мережного аналізу розроблено ряд спеціальних алгоритмів, користувач має можливість створювати власні алгоритми на основі набору функцій мережного аналізу.

На основі стандартних функцій (визначення пройденої відстані, визначення напрямку руху, опору при русі та ін.) в ГІС, як правило, реалізовані такі алгоритми мережного аналізу [7]:

Ø визначення найкоротшого маршруту руху транспорту між двома і більше точками (враховується тільки сума довжин ребер);

Ø визначення оптимального маршруту руху транспорту між двома і більше точками(враховується довжина і час проходження ребер залежно від атрибута, що характеризує опір руху);

Крім власне вищезазначених аналітичних можливостей ArcGIS має величезний перелік інструментів що містяться Arc Toolbox. Також даний ГІС продукт дозволяє додавати спеціальні модулі, що значно розширюють аналітичні можливості.

Висновки до розділу 2