ГИС-технологии

Теоретическая часть

Понятие проекта

Проекту соответствует специальный  файл на диске имеющий расширение - mxd. В ArcGis возможно два варианта создания проекта - создание пустого нового проекта и создание проекта по шаблону. Если Вы создаете проект по шаблону, то в нем будет находиться определенный набор готовых данных (слоев) и шаблон Макета карты. В этот шаблонный проект можно добавлять свои данные. Для работы с проектом используется программа ArcMap.

Интерфейсом проекта является набор  панелей инструментов (toolbars) и строка основного меню (main menu). Различные  категории задач имеют свои панели инструментов. Например, блок инструментов отвечающих за привязку называется Georeferencing и размещен на отдельной панели. Включение\выключение панелей инструментов осуществляется через меню. Все функции доступные через панели, в основном меню не дублируются. Часто панели сами имеют свое меню, располагающееся на панели. Все панели и меню легко могут быть модифицированы, убраны, на каждую могут быть добавлены новые иструменты и т.д.

Режимы работы в проекте

При работе в проекте возможны два  режима работы: View (Вид) и Layout (Макет Карты)

В режиме работы Вида Вы можете исследовать  и редактировать данные, создавать  запросы и выборки, анализировать  и менять символы. В Виде может  быть несколько наборов данных (dataframe), каждый набор данных существует отдельно, но несколько наборов данных могут  быть использованы одновременно на Макете карты. В режиме Вида возможна работа с неограниченным числом слоев, но только с одним набором данных в определенный момент времени. Наличие нескольких наборов данных позволяет легко  создавать сложные карты с  так называемыми картами-врезками.

В режиме работы Макета Карты (Компоновки) карту подготавливается к публикации. В этом режиме отображаются набор  или наборы данных, вспомогательные  элементы карты, такие как масштабная линейка, направление на север, легенда, логотип и другие дополнительные элементы. В принципе на Макете карты  можно расположить практически  любой объект. Макет карты отражает то, как будет выглядеть карта  при печати.

Таблица содержания Вида и  Макета карты

Данные загруженные в Вид  отображаются в Таблице Содержания (Table of Content -TOC). Это специальное окно, содержащее список наборов данных и содержащихся в них слоев, загруженных в проект и показывающее, какие символы и цвета используются для каждого слоя (легенду каждого слоя). Таблица содержания остается одинаковой независимо от того, работаете ли Вы в режиме Вида или в режиме Макета.

Важно помнить, что порядок расположения слоев в TOC определяет порядок их отображения. Слой расположенный первым (верхним) в TOC будет находиться поверх слоев, расположенных в таблице  содержания ниже. Порядок загрузки данных в проект не важен, так как  Вы всегда можете переместить слои так, как вам необходимо. Необходимо также помнить, что нумерация  слоев в TOC начинается с нуля, т.е. самый верхний слой в таблице  содержания имеет нулевой порядковый номер (особенно важно учитывать  эту особенность при написании  скриптов и приложений)

Относительные и абсолютные ссылки

Каждый слой представляет собой  некий набор файлов на диске. Когда  Вы сохраняете проект, то для каждого  слоя сохраняется путь, указывающий в какой папке и на каком диске находится этот слой в виде файлов. Если Вы перемещаете данные, используемые в проекте, то путь к файлам изменяется и при следующем открытии проект предупредит, что данные не найдены и они не будут отображены в TOC. Удобство ArcGIS состоит в том, что он позволяет сохранять не только абсолютные, но и относительные ссылки на данные, что позволяет переносить данные вместе с проектом без необходимости каждый раз показывать ему при открытии местоположение соответствующих файлов.

Пример абсолютной ссылки: c:\gis\data\topomap\theme1.shp (то есть путь к файлу начинается от корня диска).

Пример относительной ссылки: topomap\theme1.shp (путь к файлу до папки topomap может быть любым, но файл должен лежать в директории topomap.

Практическая часть

Здесь и далее в курсе для  практической части используется ПО ArcGIS.

В практической части этой главы  Вы научитесь:

• Открывать, сохранять, закрывать проект;
• Отличать вид от макета карты;
• Создавать перемещаемые проекты (использовать относительные ссылки).

Упражнение 1. Создание проекта  и основные элементы интерфейса.

1. Запустите ArcMap из меню Start (Пуск). Выберите при этом вариант A new empty map (открыть новый проект)  
     
     
   При этом будет автоматически создан новый проект, по умолчанию называемый Untitled. Название проекта можно видеть в заголовке окна. 
    
   
2. Добавьте слой country.shp 
   Дл этого в главном меня выберите File\Add Data... 
   Слой country.shp находится в папке chapt06 (папка будет расположена там, куда вы распаковали архив с учебными материалами) 
3. Сохраните проект в директорию chapt06 под именем project06-1.mxd  
   Для этого нажмите в главном меню File\Save As... и задайте имя проекту. Сохраненный проект (как и любой другой проект в ArcGIS) будет иметь расширение .mxd  
    Переключитесь в режим макета карты (нажмите View\Layout View) и обратно в режим вида (нажмитеView\Data View) (обратите внимание чем визуально отличаются режимы работы в Виде и в режиме Макета Карты)

4. Переключитесь обратно в режим Вида с помощью кнопок переключения режима в нижней части экрана (  - переключение в режим Вида,   - переключение в режим работы Макета Карты) 
    
    
    
   Оба варианта переключения между режимами Вида и Макета Карты равнозначны. Переключение с помощью кнопок в нижней части экрана представляется несколько более удобным с точки зрения экономии времени 
5. Выключите и включите обратно TOC, измените его размер 
   Window\Table of Contents 
    
   Изменение размера окна ТОС осуществлется простым перемещением (сужением\растяжением) границ ТОС с помощью мышки
6. Сохраните и закройте проект. 
   File\Exit
7. Откройте проект ex1.mxd 
   File\Open... 
   Обратите внимание, что в открытом проекте на макете карты присутствует несколько карт (карта всей России и карта п-ва Камчатка), каждой карте на макете соответствует один набор данных (Data frame). Каждый набор данных содержит несколько слоев. Набор данных Russia содержит только один слой -oblasts, а набор данных Kamchatka содержит три слоя - oopt-kamchatka, fareast и oblasts. В данный момент активным набором данных является набор Kamchatka и название набора выделено черным жирным шрифтом 

 

8. Переключитесь в режим вида 
   View\Data View  
   Теперь вы можете работать только с одним - активным - набором данных. В нашем случае таким набором является data frame Kamchatka. Для того, чтобы переключится на набор данных Russia, выделите курсором название набора данных Russia, щелкните левой кнопкой мыши и нажмите Activate  
    
   
9. Переключитесь между наборами данных несколько раз, обратите внимание, как меняется карта
10. Переключитесь обратно в режим Макета Карты. Переключение между наборами данных в этом режиме может осуществляться простым щелчком мыши по тому набору данных, который необходимо сделать активным. Переключитесь несколько раз между наборами данных таким способом.
11. Закройте проект без сохранения.

Упражнение 2. Работа с относительными ссылками в проекте

1. Откройте Windows explorer и переименуйте папку с проектом и данными, задайте новое название -chapt06-2. Переименование директории с данными эквивалентно ее перемещению в другую место.
2. Попробуйте открыть проект project06-1.mxd. Обратите внимание, что слой, который находился в проекте не отображается. (Ответьте на вопрос: Почему не отобразились данные?). Закройте проект.
3. Переименуйте папку обратно.
4. Откройте проект и выберите File\Map Properties\Data Source Options\Store relative path names(использовать относительные ссылки). Сохраните и закройте проект.
5. Откройте Windows explorer и снова перенесите или переименуйте папку с проектом и данными. Откройте проект. Обратите внимание, что проект загрузился нормально.
6. Закройте проект.

Теоретическая часть

Для того, чтобы работать с данными и проводить анализ очень важно не просто загрузить данные в проект, но и уметь правильно осуществлять пространственную навигацию по этим данным. Инструментарий навигации одинаков и для Вида и для Макета карты.

Чаще всего при навигации  и отображении данных в ГИС  вам придется столкнуться двумя  основными понятиями - это географический охват и масштаб.

Географический охват (extent) - это  пространственные границы географических данных, определяемое наименьшим ограничивающим их прямоугольником (т.е. фактически двумя  точками с минимальными и максимальными  координатами x,y для данного конкретного  набора данных).

У каждого объекта, группы объектов и слоя, свой географический охват. Географический охват фрейма данных является совокупным географическим охватом  всех тем, загруженных во фрейм данных.

Географический охват одного и  нескольких объектов.

 

 

Масштаб - это отношение длины  некоторого отрезка на карте к  длине того же отрезка на местности.

Следует различать масштаб отображения  и масштаб данных. Масштаб отображения  может быть любым, вы можете менять его в неограниченных пределах в  процессе управления видом карты. Масштаб  данных - это масштаб материалов по которым эти данные были созданы, масштаб данных может определяться, например, соответствующим ГОСТом.

Навигация осуществляется с помощью  линейки инструментов. Вы можете увеличивать  или уменьшать изображения, загруженные  в Вид, передвигать изображения, измерять расстояния, получать информацию об объектах, представленных на карте, и осуществлять поиск по атрибутивной информации объектов.

Кроме того, Вы можете делать закладки на карте. Закладки позволяют в любой  момент времени вернуться к определенному  участку карты в том масштабе, в котором Вы сохранили этот участок.

Практическая часть

В практической части этой главы  Вы научитесь:

• Осуществлять навигацию в проекте;
• Измерять расстояние на карте;
• Работать с масштабом и географическим охватом вида.

Упражнение 1. Навигация в проекте

1. Откройте проект chapt06\ex1.mxd. Этот проект должен был быть создан на предыдущем этапе, если вы пропустили это упражнение, откройте проект chapt07\ex2.mxd
2. Сделайте активным набор данных Russia и переключитесь в режим Вида (о переключение между режимами Вида и Макета Карты >>>)
3. Добавьте в набор данных Russia слой bird1.shp из папки chapt07
4. Переместите слой областей России в самый низ, чтобы он не закрывал слой bird1.
5. Масштабируйте вид по максимальному географическому охвату. Для этого нажмите на кнопку Full Extent  в панели инструментов: 
     
   Если вы не видите этой панели в окне проекта, то в главном меню выберите View, затем Toolbars и в списке панелей подключите панель Tools.
6. Масштабируйте вид по охвату добавленной темы (Bird1). Для этого, выделите слой в таблице содержания (просто нажав на него левой кнопкой мыши), далее нажмите правой кнопкой мыши на названии слоя и выберите из списка Zoom To Layer 
   
7. С помощью инструмента увеличения Zoom in в панели инструментов   увеличьте одну из областей.
8. Сдвиньте вид вправо и вниз с помощью инструмента Pan в панели инструментов  . Переместитесь на несколько областей вниз.
9. В стандартном меню задайте новый масштаб равный 1:30 000 000 
    
   
10. Увеличьте п-ов Камчатка
11. Включите окно общего обзора Window\Overview.  
      
    Окно Overview позволяет увидеть полный географический охват активного набора данных и определить увеличенный участок (заштрихованный прямоугольник). Попробуйте перемещаться по окну Overview:  
    
12. Масштабируйте вид по максимальному географическому охвату.
13. Увеличьте часть территории с помощью инструмента Fixed Zoom In из панели инструментов  . В главном меню выберите View, затем Bookmarks и затем Create 
     
    В окне создания закладки Spatial Bookmark задайте имя закладки - New и нажмите ok  
      
    Масштабируйте вид по полному экстенту. Затем выберите созданную только что закладку View - Bookmarks - New  
     
    Как вы видите, вид масшатибровался так, как была сохранена закладка 
14. Включите инструмент линейка из панели инструментов   и измерьте расстояние между двумя линиями. Для это щелкните мышкой в той точке, от которой вы хотите начать измерение расстояния, и затем в конечной. В нижней части экрана в строке интерактивной подсказки будет записано расстояние между этими точками. Обратите внимание, что это расстояние будет выражено в тех единицах измерения, которые установлены для вида (в нашем примере эти единицы измерения - метры)  
     
    

 

Теоретическая часть

Один из важных первых шагов в  создании ГИС - выбор системы координат, которые вместе с масштабом, эллипсоидом  и проекцией являются частью математической основы карты и ГИС в целом. Понимать такие термины как «система координат», «проекция» также чрезвычайно важно для обмена информацией с другими ГИС.

Объекты на карте связаны с реальными  объектами на местности с помощью  пространственных координат. Местоположение объектов на поверхности земли определяется при помощи географических координат. Хотя географические координаты хорошо подходят для определения местоположения объекта, они не годятся для определения  его пространственных характеристик, таких как длина, площадь и  т.д., так как географические широта и долгота не являются однозначными единицами измерения. Градус широты равен градусу долготы только на экваторе. Для преодоления этих трудностей, данные переводят из сферических  географических координат, в прямоугольные  спроектированные координаты.

Системы координат в которых осуществляется ввод данных и работа в ГИС могут отличаться от систем координат вывода. Например оцифровка материалов может проводиться в одной проекции, а составление макета карты и вывод данных на печать - в другой.

Географическая и спроектированная системы координат

Таким образом, существует 2 типа систем координат: географические системы  координат и спроектированные системы  координат.

Географическая система координат  использует сферические (то есть трехмерные) угловые географические координаты (широту и долготу) базирующиеся одном  из эллипсоидов (например, WGS 1984 или  эллипсоиде Красовского). Эллипсоид (или сфероид) - фигура упрощенно описывающая форму Земли, характеризуется размерами большой и малой полуосей. Для представления географической системы координат визуально на плоскости (например на экране компьютера) иногда представляют широту как Y, долготу как X. В этом случае сеть меридианов и параллелей представляет собой на плоскости сетку с одинаковых размеров ячеей и выглядит таким образом:

Такое представление иногда называют географической проекцией.

Спроектированная система координат - прямоугольная система, с началом  координат в определенной точке, чаще всего имеющей координаты 0,0. Спроектированная система координат  связана с географической набором  специальных формул - проекцией.

Локальная система координат

Не привязанные данные находятся  в так называемой локальной системе  координат, которая также является прямоугольной (у нее также есть начало координат и оси), но не имеет  прямой связи с географической системой, то есть прямой пересчет из нее в  географическую с помощью проекции невозможен (пример таких данных - отсканированная  карта). То есть, получив данные в спроектированной системе координат, но не зная в какой именно системе эти данные находятся, можно также говорить, что данные находятся в локальной системе координат.