Основные типы задач пространственного анализа

Наиболее мощным отличием ГИС от прочих информационных систем является возможность пространственного анализа. Это наиболее важные функции ГИС, и от их эффективности напрямую зависит эффективность и полезность самих ГИС. Все множество базовых функций пространственного анализа можно представить в виде совокупности 8 подгрупп.

Определение геометрических характеристик геопространства (измерительные операции):

1) длина прямой между двумя заданными точками;

2) длина кривой между двумя заданными точками;

3) периметр полигона;

4) площадь полигона;

5) кратчайшее расстояние от заданной точки до полигона;

6) кратчайшее расстояние между полигонами.

Определение топологических характеристик геопространства пространственных отношений объектов):

1) пересечение;

2) примыкание;

3) содержание;

4) включение;

5) соседство.

Выполнение булевых операций над объектами:

1) объединение;

2) пересечение;

3) разность.

Построение буферных зон:

Буферная зона, как область, ограниченная эквидистантными линиями, может быть построена при постоянном значении влияния различных факторов (буферизация без взвешивания) либо, в зависимости от влияния какого-либо фактора (буферизация с взвешиванием), вокруг объектов разной пространственной локализации:

1) вокруг точечного объекта (объектов);

2) вокруг линейного объекта (объектов);

3) вокруг площадного объекта (объектов).

Оверлей - топологическое наложение слоев:

1) точки - на точки, на линии, на полигоны;

2) линии - на точки, на линии, на полигоны;

3) полигоны - на точки, на линии, на полигоны.

Анализ сетей:

1) поиск кратчайшего пути между двумя точками сети (по какому-то фактору - например, по расстоянию, по времени, по затраченным ресурсам);

2) выбор оптимального (по разным факторам) маршрута на множестве точек сети (задача коммивояжера);

3) распределение ресурсов и размещение центров сети;

4) поиск ближайшего соседа.

Для решения данных задач требуется сеть, представленная определенным образом. На примере задачи оптимизации движения транспорта сетью является карта дорог. Причем необходима информация о связности отдельных участков между собой. Одним из продуктов, решающий данную задачу, является Network Analyst американской фирмы ESRI.

Анализ поверхностей:

1) вычисление углов наклона, определение линий стока;

2) определение экспозиции склонов;

3) построение изолиний и генерация профилей заданных сечений;

4) интерполяция высот;

5) определение границ зон видимости/невидимости;

6) моделирование сети тальвегов и водоразделов;

7) вычисление объемов относительно заданной плоскости по модели рельефа;

8) оконтуривание водосборных бассейнов;

9) генерация трехмерных изображений;

10) совмещение трехмерных и двухмерных изображений.

Данный анализ требует трехмерной модели местности. Трехмерная модель местности может быть представлена векторными и (или) матричными данными. Трехмерная векторная модель это электронная карта, содержащая объекты местности с координатным описанием XYH или характеристикой АБСОЛЮТНАЯ ВЫСОТА. В ряде случаев также используются другие характеристики: ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЫСОТА, ГЛУБИНА и др. Векторная модель описывает рельеф местности отдельными объектами, чем выше плотность объектов, тем точнее модель местности. Информацию о высоте местности в такой модели можно получить в точке, принадлежащей любому объекту. Для получения информации в точках, расположенных между объектами (другими словами в любой точке местности) применяют матричные модели: GRID и TIN. Эти модели являются производными от векторных данных, их точность напрямую зависит от плотности объектов векторной карты и точность представления информации на ней. Матрица высот рельефа также может быть получена фотограмметрическими методами по стереопаре снимков.

Компании ESRI и MapInfo разработали программные модули соответственно под названием 3D Analyst и Vertical Mapper для своих базовых продуктов ArcView и MapInfo. Отечественные разработчики ГИС «Нева» и «Панорама» также имеют модули трехмерного моделирования.

Анализ пространственного распределения объектов:

1) расстановка;

2) порядок;

3) концентрация или рассредоточенность;

4) связность или бессвязность.

Функции пространственного анализа, реализованные в Arcview, можно сгруппировать следующим образом.