Работа с моделями на примере ArcGIS

 

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ

КАФЕДРА ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

МОДЕЛЬ ГЕООБРАБОТКИ

Курсовая работа

 

 

 

 

Выполнил: Маликов Владимир Алексеевич.

Проверил: Шилина Галина Васильевна.

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург 2012 г.

 

Аннотация

В настоящей курсовой работе рассмотрена работа с различными моделями геообработки, на примере программного продукта для построения  геоинформационных систем «ArcGIS». В документе рассматриваются модели, основные функции их редактирования и работы с ними, а так же их интеграция. Все действия проводятся в модуле «ModelBuilder», вышеописанного программного продукта.

Документ  разработан в соответствии с РД 50-34.698-90 «Методические указания. Информационная технология. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов».

 

Содержание

 

 

1. Введение

1. Геоифнормационная система

Географические информационные системы (ГИС) лежат в основе геоинформатики – новой современной научной  дисциплины, изучающей природные  и социально-экономические геосистемы различных иерархических уровней посредством аналитической компьютерной обработки создаваемых баз данных и баз знаний.

Геоинформатика, как и другие науки  о Земле, направлена на изучение процессов  и явлений, происходящих в геосистемах, но пользуется для этого своими средствами и методами.

Как было сказано выше, основой  геоинформатики  является создание компьютерных ГИС, имитирующих процессы, происходящие в изучаемой геосистеме. Для этого необходимо, прежде всего, информация (как правило, фактический  материал), которая группируется и систематизируется в базах данных и базах знаний. Информация может быть самой разнообразной – картографической, точечной, статической, описательной и т.п. В зависимости от поставленной цели, обработка ее может производиться либо с помощью существующих программных продуктов, либо с использованием оригинальных методик. Поэтому в теории геосистемного моделирования и разработки методов пространственного анализа в структуре геоинформатики придается важное значение.

Существует несколько определений ГИС. В целом они сводятся к следующему: географическая информационная система – это интерактивная информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, доступ, отображение пространственно-организованных данных и ориентированная на возможность принятия научно-обоснованных управленческих решений.

Целью создания ГИС может быть инвентаризация, кадастровая оценка, прогнозирование, оптимизация, мониторинг, пространственный анализ и т.п. Наиболее сложной и  ответственной задачей при создании ГИС является управление и принятие решений. Все этапы – от сбора, хранения, преобразования информации до моделирования и принятия решений в совокупности с программно-технологическими средствами объединяются под общим названием – геоинформационные технологии (ГИС-технологии).

Таким образом, ГИС-технологии – это  современный системный метод  изучения окружающего географического  пространства с целью оптимизации  функционирования природно-антропогенных  геосистем и обеспечения их устойчивого  развития.

2. Геообработка

Одной из основополагающих функций геоинформационной системы является геообработка. Геообработка – это анализ и обработка географической информации. Главными целями геообработки является предоставление в ваше распоряжение инструментов и основ выполнения ГИС-анализа и управления географическими данными.

Геообработка включает в себя большое  количество инструментов для решения  ГИС-задач, начиная от простого построения буфера и наложения полигонов  до комплексного регрессионного анализа  и классификации изображений. Многие из задач, которые необходимо автоматизировать, могут быть обычными, например, преобразовать группы данных из одного формата в другой. Или задачи, которые могут быть очень креативными, решение которых требует последовательности операций моделирования и анализа комплексных пространственных отношений, например, расчет оптимальных маршрутов через транспортную сеть, прогнозирование распространения природных пожаров, анализ и нахождение закономерностей в расположении мест совершения преступлений, определение территорий, подверженных оползням, или прогноз наводнения вследствие ливней.

Геообработка базируется на общей  среде преобразования данных. Стандартный  инструмент геообработки осуществляет операции с набором данных (таких  как класс пространственных объектов, растр или таблица) и создает новый набор данных как результат работы инструмента. Каждый инструмент геообработки выполняет небольшую, но важную операцию с географическими данными.

Геообработка позволяет вам  составлять цепочки инструментов, когда  выходные данные предыдущего инструмента являются входными для следующего. Вы можете использовать эту возможность для формирования неограниченного числа моделей геообработки (последовательность применения инструментов), которые помогут вам автоматизировать вашу работу и решить сложные проблемы. Вы также можете совместно использовать вашу работу с другими пользователями путем упаковки вашего рабочего процесса в легко развертываемый пакет геообработки. Также вы можете создавать веб-сервисы из ваших рабочих процессов геообработки.

3. Инструменты геообработки

Инструменты геообработки осуществляют небольшие, но важные операции с географическими  данными, например, извлечение и наложение  данных; изменение картографических проекций; добавление столбцов в таблицы; расчет значений атрибутов, наложение полигонов и прокладка оптимальных маршрутов, и это далеко не все операции.

ArcGIS поставляет сотни инструментов, организованных в несколько наборов  инструментов и предоставляющих  богатые функциональные возможности  для широкого диапазона дисциплин.

4. Среда геообработки

Основной принцип, лежащий в  основе геообработки, состоит в том, чтобы позволить вам быстро и  легко превратить идеи в новое  программное обеспечение, которое  может быть реализовано, управляемо, изменено, задокументировано, и которым можно будет пользоваться вместе с другими пользователями.

Главной темой этого раздела  является понятие, что геообработка является способом создания вами нового полезного программного обеспечения. Создавая программное обеспечение, вы получите более широкое и глубокое понимание, как и зачем использовать геообработку.

Для того чтобы создать новое  программное обеспечение любого вида, вам необходимо два важнейших  элемента:

1. Формальный язык, который работает с данными, собранными в вашей системе.
2. Структура для создания, управления и функционирования программного обеспечения основана на этом языке. Она включает в себя инструменты редактирования, просмотра и документирования.

Язык геообработки представляет собой  коллекцию инструментов. Структурой геообработки является небольшой набор встроенных пользовательских интерфейсов для организации и управления существующими инструментами и для создания новых инструментов.

2. Модели геообработки.

1. Определение модели

Модели — это рабочие процессы, которые соединены друг с другом в последовательности инструментов геообработки, подавая выход одного инструмента в другой инструмент в качестве входа.

Для построения моделей, в программном  обеспечении ArcGIS, используется приложение ModelBuilder.

2.   ModelBuilder.

ModelBuilder — это приложение, используемое для создания, редактирования и управления моделями. ModelBuilder можно также рассматривать как визуальный язык программирования для построения рабочих потоков.

Рис. 1 ModelBuilder. Пример диалогового окна

 

Безусловно, ModelBuilder приносит большую  пользу при создании и выполнении простых рабочих процессов, но также  предоставляет дополнительные методы для функциональных возможностей ArcGIS, позволяя создавать и совместно  использовать конкретные модели в качестве инструмента.

ModelBuilder может даже использоваться  для интеграции ArcGIS с другими  приложениями. Пример приведен ниже:

Рис. 2 Интеграция с другими приложениями

 

 

Вышеупомянутая модель используется муниципалитетом для отправки по электронной почте уведомления во все адреса в пределах 1 мили от адреса, для которого зарегистрирована заявка о разрешении на проведение строительных работ. Работа модели начинается с класса объектов для нескольких местоположений точек заявок о разрешении. Этот класс объектов передается в итератор, который обрабатывает в цикле каждую отдельную точку и передает это точку в инструмент. Выбрать в слое по расположению (Select Layer By Location), где происходит выборка всех адресов (участков), находящихся в пределах 1 мили от данной точки. Затем эти адреса передаются в пользовательский инструмент скрипта Формирование списка рассылки (Generate Mailing List) (созданный вами или вашим коллегой), который выполняет код Python, чтобы вывести список рассылки в формате HTML. Наконец, этот список рассылки передается в другой пользовательский инструмент скрипта. Отправлять уведомления электронной почты (Send Email Notifications), который запускает пользовательский исполняемый объект, отправляющий уведомления по электронной почте и вырабатывающий успешный код.

Преимущества ModelBuilder можно представить  в обобщенном виде следующим образом:

ModelBuilder — это удобное в работе  приложение для создания и  запуска рабочих потоков, содержащих  последовательность инструментов.

С помощью ModelBuilder можно создавать собственные инструменты. Инструменты, созданные с помощью ModelBuilder, могут использоваться в средствах поддержки скриптов Python и в других моделях.

ModelBuilder, наряду со средствами  поддержки скриптов, предоставляет возможность интеграции ArcGIS с другими приложениями.

3. Краткий обзор ModelBuilder

ModelBuilder предназначен для создания  моделей и инструментов моделей.  Модель – это последовательность  взаимосвязанных инструментов и  данных; результаты работы одного  инструмента поступают на вход другого. При сохранении модели она становится инструментом-моделью.

Чтобы открыть ModelBuilder, щелкните Геообработка (Geoprocessing) > ModelBuilder . Чтобы добавить данные и инструменты на холст ModelBuilder, перетащите их из окна «Каталог» (Catalog) или «Поиск» (Search) либо воспользуйтесь кнопкой «Добавить» (Add) . Связать данные с инструментами можно различными способами; наиболее распространенный – использовать инструмент «Добавить подключение» (Add Connection).

Связав данные с инструментами, можно выполнить модель в ModelBuilder, нажав кнопку «Запустить» (Run) .

Существует два основных способа  использования ModelBuilder:

1. немедленно запустить созданную последовательность инструментов;
2. создать инструменты, которыми можно пользоваться так же, как и любым другим инструментом, – из диалогового окна инструмента, в скриптах Python или в другой модели.

ModelBuilder имеет простой интерфейс  с меню, панелями инструментов  и контекстными меню, как показано  ниже. Контекстные меню предусмотрены для модели в целом и для любых отдельных элементов модели (переменной, соединителя или инструмента). Эти меню открываются щелчком правой кнопкой мыши. Пустая область модели белого цвета, куда пользователь перетаскивает инструменты и где они связываются с переменными, называется холстом, а внешний вид и компоновка связанных друг с другом инструментов и переменных называются схемой модели.

Рис. 3 ModelBuilder. Интерфейс.

 

В главном меню есть пять ниспадающих  меню.

 

ModelBuilder имеет три набора параметров, использующихся в модели:

1. Свойства модели – эти свойства позволяют задавать название модели, надпись, описание, относительный путь, свойства параметров, переменные среды модели, справку и количество проходов.
2. Свойства диаграммы – это свойства, позволяющие изменять расположение элементов на диаграмме, а также ее цвет и стиль.
3. Свойства отображения – это свойства, позволяющие изменять внешний вид и другие графические свойства отдельных элементов.

4. Элементы модели

Элементы модели являются основными блоками, из которых строятся модели. Существует три типа баз геоданных:

• Инструменты. Инструменты геообработки являются основными блоками, из которых строятся рабочие процессы в модели. С их помощью выполняются различные операции с географическими или табличными данными. Когда инструменты добавляются в модель, они становятся элементами модели.
• Переменные. Переменные являются элементами модели, в которых хранятся значения или ссылки на данные, хранящиеся на диске. Существует два типа переменных.
• Данные. Переменные данных являются элементами модели, в которых содержатся описательные сведения о данных, хранящихся на диске. В переменной данных описываются такие свойства данных, как сведения о поле, пространственная привязка и путь.
• Значения. Переменные значений представляют собой значения, такие как строки, числа, логические значения (true/false), пространственные привязки, линейные единицы или экстенты. Переменные значений могут содержать что угодно, кроме ссылок на данные, хранящиеся на диске.
• Соединители. Соединители соединяют данные и значения с инструментами. Стрелки соединителя указывают направление обработки. Существует четыре типа соединителей.
• Данные Соединители данных соединяют переменные данных и значений с инструментами.
• Среда. Соединители среды соединяют переменную, содержащую параметр среды (данные или значение), с инструментом. При выполнении инструмента он использует параметр среды.
• Предварительное условие. Соединители предварительного условия соединяют переменную с инструментом. Инструмент будет выполняться только после создания содержимого переменной предварительного условия.
• Обратная связь. Соединители обратной связи направляют выходные данные инструмента обратно в тот же инструмент в качестве входных данных.