РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Институт проблем передачи информации

 

 

 

СЕТЕВАЯ аналитическая гис

ГеоПроцессор 2.0

 

 

 

 

 

 

 

 

РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА

 

2007


 

 

 

 

Аннотация

 

       Сетевая ГИС ГеоПроцессор предназначена для интерактивного представления, анализа и моделирования векторно-растровой географической информации.

       ГИС ГеоПроцессор реализована в виде программы на языке Java 1.5.. При открытии web-страницы система автоматически загружается на локальный компьютер. Система может интегрировать для обработки данные, распределенные на серверах сети Интернет, в локальных сетях и на компьютере пользователя.

       ГИС ГеоПроцессор работает под стандартными браузерами Internet Explorer, Opera, Mozila и др.  Для запуска системы необходимо, чтобы браузер включал в виртуальную Java машину JRE 1.5 или выше.

.

 

 

 

 

 

 

Использованные сокращения и выделения

 

       При описании интерфейса пользователя используются следующие стандартные сокращения:

нажать на экранную кнопку – нажать левую клавишу мыши в момент, когда ее указатель находится над кнопкой;

контекстное меню – всплывающее по щелчку правой клавишей мыши меню, зависящее от местоположения указателя мыши;

 

 

 

 

Руководитель проекта: Д.т.н. Гитис Валерий Григорьевич,  

127994  Москва, ГСП-4, ИППИ РАН, Каретный пер. 19

тел. 699-50-96;

e-mail: gitis@iitp.ru ,

http://www.iitp.ru/projects/geo

http://www.geo.iitp.ru


CОДЕРЖАНИЕ

 

 


1.   Функции ГИС ГеоПроцессор 2.0b4

2.   Подготовка к работе

      2.1.Типы данных       

2.2.Конвертирование форматов FLTðBIN, BINðFLT с помощью

       программы GPConverter

      2.3. Форматы точечных данных *.PTN и *.PTS

      2.4. Текстовый формат сеточных данных *.FLT

      2.5. Файл инициализации  ГИС-проекта, для ПК пользователя

      2.6. Запуск апплета ГеоПроцессор 2.0b4

3.   Операции ГИС ГеоПроцессор 2.0b4

      3.1. Введение

      3.2. Операции ввода/вывода

3.3. Картографическое исследование сеточных, линейных и  

       точечных данных

              3.3.1. Окно проекта

               3.3.2. Изменение установок карты

               3.3.3  Изменение закраски сеточного слоя

              3.3.4. Чтение значений сеточных данных

              3.3.5 . Чтение атрибутов векторных объектов

              3.3.6 . Визуализация разрезов по задаваемому   

                         пользователем профилю

              3.3.7.   Многомерный анализ по сходству с прецедентами по  

                          сеточным полям

              3.3.8.  Построение модели освещенности

       3.4. Аналитические преобразования данных

               3.4.1.  Вычисление сеточного слоя как функции от

                         нескольких сеточных слоев

               3.4.2. Корреляция сеточных полей в скользящем окне

               3.4.3. Фильтрация сеточных слоев

               3.4.4. Фильтрация точечного слоя 

               3.4.5. Фильтрация линейного слоя 

        3.5. Операции правдоподобного вывода

               3.5.1. Методы правдоподобного вывода ГИС ГеоПроцессор

               3.5.2. Формирование выборки прецедентов

               3.5.3. Вычисление функции сходства с выборкой

                         прецедентов

               3.5.4. Вычисление функции принадлежности к выборкам

                         прецедентов двух классов

               3.5.5.  Вычисление функции предпочтения

               3.5.6.  Вычисление непараметрической регрессии

 

 

 

 

 

 

 

1.  Функции ГИС ГеоПроцессор 2.0

 

       Сетевая ГИС ГеоПроцессор предназначена для интерактивного представления и анализа векторно-растровой географической информации. Области применения – комплексный анализ пространственных данных, изучение геологической среды и поддержка принятия решений в таких задачах как оценка природной опасности, прогноз природных ресурсов, оценка экологического состояния среды.

       Технология ГИС ГеоПроцессор в значительной степени ориентирована на пользователя, не являющегося специалистом в области ИТ. Анализ поддерживается интерактивными операциям, высококачественной графикой и использует интуитивно понятные методы обработки данных. Одной и важнейших функций системы является возможность интеграции географической информации распределенной на сетевых серверах и на ПК пользователя (последнее обеспечивает конфиденциальность данных пользователя). Система также поддерживает возможность сохранения результатов пользователя (ГИС слоев и ГИС-проекта).

       ГИС ГеоПроцессор 2.0 написана на языке Java 1.5. Это обеспечивает независимость программы от платформы пользователя, а также дает возможность ее выполнения в любом современном браузере.

 

ГИС ГеоПроцессор 2.0 поддерживает следующие функции интерактивной обработки и комплексного анализа векторных (точки, линии, полигоны) и сеточных пространственных данных:

1. Операции ввода/вывода:

· Загрузка данных распределенных на сетевых серверах и на ПК пользователя по XML файлу ГИС-проекта.

· Динамическая загрузка векторных и сеточных (растровых) геоданных в форматах SHP (ESRI),  FLT (ASCII), PTS (ASCII) и рисунков в наиболее распространенных форматах JPG, PNG, GIF и т.п..

· Сохранение ГИС-проекта и полученных данных.

· Выбор проекции карты, сохранение и вывод на печать.

2. Визуальное исследование растровых и векторных данных:

· Композиция карты из растровых и векторных слоев.

· Изменение размеров и масштаба карты с интерполяцией и без интерполяции сеточных слоев.

· Динамическое изменение закраски, прозрачности, диапазона видимых значений, типа линий и размеров пиктограмм.

· Картографическое измерение сеточных и векторных слоев.

· Построение разрезов сеточных слоев карты по произвольному профилю и измерение значений по разрезу.

· Моделирование освещенности.

· Формирование выборок прецедентов в виде совокупностей единичных точек и/или полигонов c помощью указания объектов на карте и с помощью автоматического выбора прецедентов по сеточному или точечному слою.

· Комплексный анализ по сходству: функция сходства формируется с помощью функции расстояния до прецедентов или как принадлежность к построенным по прецедентам полуинтервалам.

· Оценивание статистик одного или двух сеточных слоев (минимум, максимум, среднее, среднеквадратичное отклонение, гистограмма, корреляция и ошибка аппроксимации).

· Редактирование координатной сетки.

2. Преобразование данных:

· Преобразование векторный слой -> сеточный слой (вычисление сеточных полей расстояний до векторных объектов, близости, плотности и т.д.)

· Преобразование сеточный слои -> сеточный слой с помощью операций растровой фильтрации (вычисление градиента, сглаживание в произвольном скользящем окне, вычисление среднеквадратичного отклонения, выделение аномалий и т.д.) или с помощью вычисления конструируемых пользователем произвольных функций от нескольких сеточных слоев.

· Преобразование сеточный слой и векторный слой -> атрибуты векторного слоя с помощью вычисления статистик сеточного слоя в буферных зонах векторных объектов или с помощью конструируемых пользователем произвольных функций от атрибутов нескольких векторных слоев.

4. Пространственный правдоподобный вывод:

· Оценивание функции сходства к выборке прецедентов

· Оценивание функции принадлежности к двум классам

· Оценивание непараметрической регрессии.

· Оценивание функции предпочтения и нахождение логического выражения, объясняющего полученное решающее правило.

         

 

        

      


2.  Подготовка к работе

 

2.1.    Типы данных   

 

       ГеоПроцессор поддерживает операции c сеточными данными, растровыми изображениями, и векторными данными (полигонами, линиями, маркированными точками и надписями). Удобно (но необязательно) данные подготавливать в виде ГИС-проектов. Проект представляет набор данных по некоторой пространственной области. Каждый проект удобно (но необязательно) размещаеть в отдельной директории в виде набора файлов данных и метаданных.

      Для загрузки (и сохранения) данных в ГИС ГеоПроцессор 2.0 используются наиболее распространенные  форматы представления геопространственной информации, растровые форматы JPG, PNG, GIF, а также бинарный формат сериализованных объектов Java. Использование последнего не рекомендуется из-за возможных изменений структуры объектов в следующих версиях системы..

       При работе с ГИС ГеоПроцессор 2.0 через проект «Электронная Земля» (см. раздел 2.6) основная часть метаданных слоев находится в персональном хранилище пользователя и лишь частично в инициализационном XML.

       Существуют средства преобразования бинарных форматов в обычные и обратно, не связанные непосредственно с ГеоПроцессором, однако их следует рассматривать лишь как средства для восстановления устаревшей информации. Использование этих средств в иных ситуациях не рекомендуется.

       В данной версии привязка координат ограничивается эллипсоидом WGS-84 и сами координаты могут быть только географическими.

 

2.2.    Формат векторных данных ESRI

 

       Данный формат является самым распространенным в мире форматом представления векторной информации. В соответствии с описанием фирмы ESRI каждый слой состоит по меньшей мере из трех компонент – векторной информации (SHP), атрибутивной информации (DBF) и индексной информации (SHX). В реальности, индексная информация однозначно восстанавливается по векторной и не является абсолютно необходимой, хотя некоторые программы требует ее наличия. Во многих случаях атрибутивная информация не является содержательной и может быть проигнорирована. ГеоПроцессор использует только векторную и атрибутивную компоненты данного формата. При отсутствии последней, он, тем не менее, способен корректно использовать только векторную компоненту.

       В принципе SHP формат помимо точек, линий и полигонов поддерживает еще несколько типов векторных данных. Однако эти типы данных в ГИС ГеоПроцессор не поддерживаются.

 

2.3.    Форматы точечных данных *.PTN и *.PTS

 

       Форматы *.PTN и *.PTS являются текстовыми и используются для представления точечных географических объектов. Формат PTS предназначен для представления точечных объектов без названий, а формат PTN для представления названий точечных объектов. В любом случае объект представляет собой одну текстовую строку, формат которой описан ниже.

 

Файл точечных символов (*.PTS)

     Файл символов - текстовый файл, в котором через пробел записаны:

1.       Координаты символа X (долгота).

2.       Координаты символа Y (широта).

3.       Тип координат - integer. В ГеоПроцессоре не используется, по дефолту 0.

4.       Тип символа:                 

       0 – круг

       1 – текст.

       2 – квадрат.

       3 – треугольник.

       4 – крестик.

5.       Ссылка на символ (файл 'SYMS.TYP'). В ГеоПроцессоре не используется, по дефолту 0.

6.       Цвет границы символа в кодировке RGB – красный 0-255.

7.       Цвет границы в кодировке RGB – зеленый 0-255.

8.       Цвет границы в кодировке RGB – синий 0-255.

9.       Стиль границы. В Геопроцессоре не используется, по дефолту 0.

10.    Толщина границы. В Геопроцессоре не используется, по дефолту 1.

11.    Цвет заполнения символа в кодировке RGB – красный 0-255.

12.    Цвет заполнения символа в кодировке RGB – зеленый 0-255.

13.    Цвет заполнения символа в кодировке RGB – синий 0-255.

14.    Цвет закраски символа -3 числа. В Геопроцессоре не используется, по дефолту 0.

15.    Стиль закраски символа:

       2 – заливка

       любое другое число – заливки нет

16.    Масштабный множитель (default =1, если больше 1, то увеличение размеров

       пиктограммы , если меньше 1, то уменьшение).

17.    Сдвиг символа по оси X относительно точки привязки в пикселях.

18.    Сдвиг символа по оси Y относительно точки привязки в пикселях.

19.    Строка, которая выводится для описания символа только в случае, когда тип символа

       равен 1 (строка не должна содержать пробелов).

20.    Атрибутивная (тематическая) информация объекта (может отсутствовать).

 

       Атрибутивная информация имеет вид: Name=aaa:Type=bbb: и т.п. Она представляет собой последовательность пар <Имя атрибута>=<Значение атрибута>, разделенных двоеточием. При ручном создании файлов данного типа очень желательно, чтобы в описании всех объектов присутствовали одни и те же атрибуты и в полном составе. Нетрудно видеть, что данный тип представления точечных геоданных практически перекрывает точечные данные формата SHP.

 

 

Пример формата *.PTS без тематических атрибутов:

 

78.78 43.17 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  1.10 0 -3 1

79.67 41.98 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  1.34 0 -3 1

78.58 42.87 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  1.56 0 -3 1

75.30 41.27 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  1.07 0 -3 1

79.47 41.70 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  1.00 0 -3 1

 

Пример формата *.PTS с тематическими атрибутами (представление каталога землетрясений):

 

14.500  47.200 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  0.4   0 -1 1 Year=1900:Month=  1:Day=  1:Hour= 3:min=  50:Sec= 0.0:Magnitude= 3.0:Depth= 0:Inttencity=4.00

 14.631  46.150 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  0.1   0 -1 1 Year=1900:Month=  1:Day=  3:Hour=16:min= 55:Sec= 0.0:Magnitude= 1.3:Depth= 3:Inttencity=3.00

 14.900  46.218 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  0.2   0 -1 1 Year=1900:Month=  1:Day=  6:Hour=21:min=  0:Sec=  0.0:Magnitude= 2.5:Depth= 7:Inttencity=4.00

 14.900  46.218 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  0.1   0 -1 1 Year=1900:Month=  1:Day= 11:Hour= 6:min= 30:Sec= 0.0:Magnitude= 1.8:Depth= 6:Inttencity=3.00

 10.800  47.730 0 0 0 128 0 0 0 1 64 0 0 0 2  0.4   0 -1 1 Year=1900:Month=  1:Day= 16:Hour=22:min=15:Sec= 0.0:Magnitude= 3.3:Depth= 0:Inttencity=4.50

 

 

Файл надписей, привязанных к точечным символам (*.PTN)

     Файл надписей - текстовый файл, в котором через пробел записаны: 

1.       Координата точки привязки Х.

2.       Координата Y точки привязки.

3.       Тип координат – integer. В Геопроцессоре не используется, по дефолту 0.

4.       Ссылка на тип шрифта (файл 'FONTS.TYP'). В Геопроцессоре не используется, по

       дефолту 0.

5.       Масштабный множитель (по дефолту - 1).

6.       Цвет – красный, 0-255.

7.       Цвет – зеленый, 0-255.

8.       Цвет – синий, 0-255.

9.       Угол наклона. В Геопроцессоре не используется, по дефолту 0.0..

10.    Тип центровки (слева от точки привязки, справа или по центру).

       0 -left,

       1 - top.

       2 –right.

       6 –center.

       8 –bottom.

       24 –baseline. В Геопроцессоре не используется, по дефолту 0.

11.    Тип закраски фона (1 -не красить; 2 -красить). В Геопроцессоре не используется, по

       дефолту 0.

12.    Сдвиг относительно точки привязки в пикселях по направлению X.

13.    Сдвиг относительно точки привязки в пикселях по направлению Y.

14.    Строка без пробелов.

15.    Текст с дополнительной информацией о надписи (может не быть).

15.

      

Например:

76.917 43.200  0  0 1  0  0  64  0  0  0  3  3 Алматы

71.333 42.867  0  0 1  0  0  64  0  0  0  3  3 Taraz

78.400 45.000  0  0 1  0  0  64  0  0  0  3  3 Taldy-Kurgan

69.600 42.267  0  0 1  0  0  64  0  0  0  3  3 Shimkent

 

2.4.    Текстовый формат сеточных данных *.FLT

 

       Данный формат является практически полным аналогом ASCII представления наиболее распространенного формата представления сеточной информации – GRID. Файл формата *.FLT состоит из трех частей: заголовок, данные и описание.

 

       Заголовок представляет собой строку, которая включает в себя 8 параметров геометрии сеточных данных, разделенные пробелами:

<COL> <ROW> <Xbeg> <Ybeg> <Dx> <Dy> <Intr> <Geog>

COL                - число столбцов координатной сетки.

ROW             - число строк координатной сетки.

Xbeg               - координата левого cтолбца сетки.

Ybeg               - координата верхней cтроки сетки.

Dx                   - расстояние между соседними столбцами сетки.

Dy                   - расстояние между соседними строками сетки.

Intr                              - 1 – интерполировать сеточные данные, 0 – не интерполировать.

Geog              - 1 – географические координаты, 0 - Декартовые координаты.

 

 

      Данные представляют числа, разделенные пробелом или знаком перевода строки. Первое число данных соответствует узлу сетки с координатами Xbeg, Ybeg, затем идут числа, соответствующее координатам (Xbeg+1, Ybeg), (Xbeg+2, Ybeg), … (Xbeg+COL, Ybeg), (Xbeg+1, Ybeg+1), (Xbeg+2, Ybeg+1) и т.д. Количество чисел данных должно быть равно COL*ROW. Неизвестные значения обозначаются числом -32768 или символом «.».

      После массива данных идет текстовый комментарий, который начинается с пустой строки.

 

2.5           Файл инициализации  ГИС-проекта

 

Файл инициализации ГИС-проекта представляет собой обычный XML файл.

Структура данного файла можно представить следующим шаблоном:

 

<?xml version="1.0" encoding="Windows-1251"?>

<project name="(название проекта)" projection="(пока не используется)">

    <region>

    <!-- Географические координаты -->

        <x from="153.0" to="165.0"/>

        <y from="65.0" to="53.0"/>

    </region>

    <layers>

    <!-- Общие атрибуты всех слоев -->

    <!-- key - уникальный ключ слоя - латиница без пробелов -->

    <!-- name - имя слоя -->

    <!-- order - порядок слоя в карте, если -1, то не определен -->

    <!-- visible (true,false) - изначально слой виден или нет -->

    <!-- load (true,false) - загружать слой изначально или нет

      (координатные слои загружаютя всегда) -->

    <!-- transp (от 0 до 1) - прозрачность слоя (для координатных слоев =1) -->

    <!-- type - используется, если по параметру data нельзя

      выяснить тип, по сути дела расширение слоя (для координатных слоев

      не используется -->

 

    <!-- Слой координатной сетки -->

        <grid key="Grid" name="Grid" order="12" visible="true">

            <!-- Шрифт надписей -->

            <font size="10" style="0">Monospaced</font>

            <!-- Тип и цвет линии сетки -->

            <!-- Цвет здесь и далее во внутренней кодировке -->

            <!-- т.е. (2 байта прозрачности=FF далее rgb по два байта -->

            <line color="-16777216" dash="0" width="1.0"/>

            <x from="153.0" step="1.0" to="165.0"/>

            <y from="65.0" step="-1.0" to="53.0"/>

        </grid>

    <!—Сеточный слой -->

        <field key="FLD11" load="true" name="Модель рельефа ETOPO2"

            order="0" transp="0.0" type="BIN" visible="true"

            wmax="4003.0" wmin="-7826.0">

            <!-- wmax, wmin - окно слоя -->

            <!-- data - uri для считывания данных) -->

            <!-- param - ссылка на xml описания параметров,

                  необходима для интегрирования данных -->

            <!-- legend - если атрибут=dyn, то соответствует

                  palette в root.ini -->

            <!--  - если атрибут=img, то просто картинка

                  (для wms, в частности) -->

            <data>http://eearth.viniti.ru/cgi-bin/etopo2.cgi?format=bin&amp;xmin=153&amp;xmax=165&amp;ymin=65&amp;ymax=53&amp;FLD.BIN</data>

            <param>http://eearth.viniti.ru/xml/etopo2bin.xml</param>

            <legend type="dyn">-8001.0,5001.0,-8001.0:4:7:120,-7751.0:8:12:123,-7501.0:12:17:127,-7251.0:16:22:131,-7001.0:20:27:135,-6751.0:24:32:139,-6501.0:29:37:143,-6251.0:33:42:147,-6001.0:37:48:151,-5751.0:41:53:155,-5501.0:45:58:159,-5251.0:50:63:163,-5001.0:54:68:167,-4751.0:58:73:171,-4501.0:62:78:175,-4251.0:66:83:179,-4001.0:71:89:183,-3751.0:75:94:186,-3501.0:79:99:190,-3251.0:83:104:194,-3001.0:87:109:198,-2751.0:91:114:202,-2501.0:96:119:206,-2251.0:100:124:210,-2001.0:104:130:214,-1751.0:108:135:218,-1501.0:112:140:222,-1251.0:117:145:226,-1001.0:121:150:230,-751.0:125:155:234,-501.0:129:160:238,-251.0:133:165:242,-1.0:138:171:246,0.0:41:165:41,50.0:55:175:54,100.0:70:185:68,150.0:85:195:81,200.0:100:205:95,250.0:114:215:109,300.0:129:225:122,350.0:144:235:136,400.0:159:246:150,401.0:246:240:84,901.0:240:228:79,1401.0:233:216:73,1901.0:226:203:68,2401.0:219:191:62,2901.0:212:178:56,3401.0:205:166:51,3901.0:198:154:45,4401.0:191:141:40,4901.0:184:129:34,5001.0:177:116:28</legend>

        </field>

    <!— Векторный слой -->

        <vector key="VCT10" load="true"

            name="Вулканические постройки плиоцена" order="11"

            transp="0.0" type="SHP" visible="true">

            <data>file:///C://Portal//eEarth//Data//IGEMPROJ//vul_plioc.SHP</data>

            <attributes>

                <!-- display - список загружаемых атрибутов из dbf

                  (по умолчанию используются все атрибуты) -->

                <!-- lcolor@field - атрибут, определяющий цвет линий

                  (разным значениям атрибут присваиваются разные случайные

                  цвета (по умолчанию используется атрибут COLOR) -->

                <!-- pcolor@field - атрибут, определяющий цвет полигонов

                  (разным значениям атрибут присваиваются разные случайные

                  цвета (по умолчанию случайная величина -->

                <!-- lcolor@value - атрибут, определяющий цвет линий

                  по умолчанию -->

                <!-- pcolor@value - атрибут, определяющий цвет полигонов

                  по умолчанию -->

                <!-- name@value - атрибут, определяющий имя объекта

                  (по умолчанию используется атрибут NAME) -->

                <!-- type@value - атрибут, определяющий тип линии или

                  символа (по умолчанию = 0) -->

                <!-- width@value - атрибут, определяющий толщину линии

                  (по умолчанию = 1px) -->

                <display>FNAME;N6;ELEV;TYPE</display>

                <lcolor field="N4" value="-16777016"/>

                <name field="FNAME"/>

                <type value="4"/>

                <width value="1.0"/>

            </attributes>

        </vector>

    </layers>

</project>

 

 

2.6. Запуск апплета ГеоПроцессор 2.0

 

Запуск с ГИС-проектом, находящимся на сервере ИППИ РАН

 

http://www.geo.iitp.ru/GeoProcessor-2/new/index.htm

или через портал

http://www.geo.iitp.ru/

войти в раздел Online аналитические ГИС и ГИС-проекты, затем выбрать раздел Аналитические ГИС Online и запустить ГИС ГеоПроцессор 2.

 

 

Запуск через геоинформационную среду «Электронная Земля»

 

http://eearth.viniti.ru

зарегистрироваться и следовать инструкциям портала.

 

Запуск с ГИС-проектом, находящимся на компьютере пользователя

 

      Подготовить файл инициализации ГИС-проекта  и файл запуска ГИС-проекта <имя>.HTM.  Пусть, полный адрес файла инициализации ГИС-проекта

d:/geoprocessor/geoprocessor-2/demo/ caucasus2/root-caucasus.xml, пусть имя проекта Северный Кавказ. Тогда файл запуска <имя>.HTM имеет вид:

 

<HTML>

<HEAD><TITLE>Северный Кавказ</TITLE>

</HEAD>

<BODY>

<DIV><APPLET height=200

archive="http://www.geo.iitp.ru/GeoProcessor-2/new/GeoProcessor2.jar"

width=450 code="appl.MapApplet.class">

<PARAM NAME="data" value="file:///d:/geoprocessor/geoprocessor-2/demo/ caucasus2/root-caucasus.xml">

</APPLET></DIV></BODY></HTML>

 

 


3.  Операции ГИС ГеоПроцессор 2.0

 

3.1.    Введение

 

       Операции ГИС ГеоПроцессор можно разбить на четыре группы: операции ввода/вывода, операции картографического анализа, аналитические преобразования и правдоподобный вывод. Операции вызываются из главного меню, при щелчке правой клавише мыши (контекстное меню) или с помощью кнопок быстрого вызова (панели инструментов). Параметры операций (если присутствуют) указываются пользователем в раскрывающихся диалоговых окнах. Результаты операций отображаются в картографическом окне.

      

3.2. Операции ввода/вывода

 

Динамическая загрузка векторных данных: Mapð Load vector, появляется окно для выбора подгружаемых данных в форматах *.SHP, *.PTS, *.PTN и *.BIN (Рис. 1). Как правило, данные в формате SHP получены (или могут быть получены) из внешних источников, данные в форматах  PTS и PTN могут быть подготовлены вручную, а данные в формате BIN либо получены в результате сохранения в данной версии ГИС ГеоПроцессор, либо в предыдущих версиях.

 

 

Рис. 1.

 

Динамическая загрузка сеточных (растровых) данных:  Mapð Load fields, появляется окно для выбора формата и имени сохраняемых данных   *.BIN, *.FLT или *.JPG (Рис. 2):

 

 

 

Рис.2

 

 

Сохранение нового файла инициализации ГИС-проекта и данных: Mapð Save project. Появляется окно управления сохранением файлов (Рис. 3):

 

 

Рис.3

 

Выбор проекции карты и сохранение изображения: Mapð Save image. Появляется окно выбора имени файла (Рис. 4): 

 

 

Рис. 4

 

нажимается кнопка Save, появляется окно установки параметров изображения карты (Рис. 5):

 

 

Рис. 5

 

Выбор проекции карты и вывод на печать: Mapð Print image. Появляется окно установки параметров печати (Рис. 6):

 

 

Рис. 6

 

Нажимается  кнопка OK и появляется окно установки параметров изображения карты (Рис. 5).

 

3.3. Картографическое исследование сеточных, линейных и точечных данных

 

3.3.1. Окно проекта

 

       Карта может состоять из слоев точек, линий, полигонов и сеточных данных. Сеточные слои могут иметь различный шаг сетки. При отображении сеточных данных производится билинейная интерполяция значений в узлах сетки к пикселям экрана. При выполнении сеточных вычислений с несколькими слоями автоматически производится пересчет значений к сетке с наименьшим шагом. Слои карты можно убирать или добавлять в процессе работы.

       После запуска ГИС-проекта на экране появляется Окно Проекта (Рис. 7). Оно состоит из 5 элементов: 1 – Панель меню и инструментов, 2 – Окно картографических слоев, 3 – Окно карты, 4 – Окно легенды сеточного слоя, 5 – Окно описания сеточных слоев. Изменением размеров окон можно управлять с помощью мыши.

      

 

Рис. 7. Окно ГИС-проекта

        

       Панель меню и инструментов содержит главное меню программы и, в отдельных ситуациях, панели инструментов.

       Окно картографических слоев включает раскрывающееся дерево сеточных слоев, векторных слоев и координатной сетки. Порядок слоев в списке можно изменять, перетаскивая слои с помощью мыши или с помощью контекстного меню.

       Визуализация слоя на карте управляется квадратной кнопкой слева от названия слоя. Переключение данной кнопки осуществляется щелчком по левой клавиши мыши. Порядок расположения слоев при картографической визуализации: верхний слой – координатная сетка, далее снизу вверх по списку – помеченные галочкой векторные слои, далее снизу вверх по списку  помеченные галочкой сеточные слои.

       С любым слоем может быть выполнен некоторый набор операций. Вызов этих операций производится с помощью контекстного меню данного слоя. После этого появляется окно управления операциями Рис. 8.

 

 

Рис. 8.

 

Опция Layer up переносит слой на одну строку вверх.

Опция Layer down переносит слой на одну строку вниз.

Опция Deactivate отключает (деактивирует) слой от проекта.

Опция Statistics  открывает окно (рис. 9) операций вычисления статистик выбранного сеточного поля X, имя которого соответствует имени поля: Fmin – минимальное значение поля X,  Fmax – максимальное значение X, Fmid – среднее значение X, Sigm – среднеквадратичное значение X. В нижней части окна показана гистограмма значений поля X. Раскрыв панель Cross data for, получим список сеточных активных полей. После выбора нужного поля Y на панели получаем статистики для пары полей X и Y: Correlation coef. – коэффициент корреляции между двумя полями X и Y, Approximation error – среднеквадратичное значение поля, равного разности X Y,  Related approximation error – отношение Approximation error к Sigm. 

 

 

Рис. 9

 

Опция Property открывает окно параметров визуализации слоя.

Окно свойств сеточного слоя показано на Рис. 10. Верхняя  панель окна управляет выбором границ интервала выводимых при визуализации значений сеточного слоя, нижняя панель управляет значением прозрачности слоя при визуализации.

 

 

Рис. 10.

 

       Окно свойств векторного слоя показано на Рис. 11. В окне можно выбирать цвет закраски, толщину линии или размер пиктограммы и тип линии. Существует два способа выбора параметров визуализации: выбор одинакового значения параметра для всех объектов слоя и выбор значений параметра для каждого объекта слоя пропорционально значению указанного атрибута слоя. 

 

 

Рис. 11.

 

 

Окно карты представляет изображение слоев в прямоугольной проекции. Для удобства некоторые операции визуализации[1] могут быть вызваны из окна карты с помощью контекстного меню данного окна (Рис. 12).

Рис 12.

 

Refresh – обновление изображения карты. Операцию Refresh рекомендуется выполнять  после увеличения участка карты  и после выбора новой закраски сеточного слоя. При выполнении операции производится билинейная интерполяция сеточного слоя к пикселям экрана.

Values – измерение значений растровых слоев.

Аttributes – измерение значений векторных слоев.

Zoom in – выбор центра и увеличение карты (без интерполяции, для интерполяции надо выполнить Refresh).

Zoom out –уменьшение карты.

Zoom to fit – подгонка размеров карты под размер окна карты.

 

Окно легенды сеточного слоя состоит из имени сеточного слоя, который является верхним сеточным слоем в окне карты, пяти кнопок управления операциями закраски и вертикальной панелью закраски.

Окно описания сеточных слоев содержит текстовое описание сеточного слоя, который является верхним сеточным слоем в окне карты. Это текстовое описание можно редактировать.

 

3.3.2. Изменение установок карты

      

       Изменение слоев карты: опция MapðCompose (рис13) .

 

 

Рис. 13.

 

       Верхняя панель Name используется для написания имени карты. В левом верхнем окне Field каждая строка указывает имя сеточного слоя, в левом нижнем окне Vector указаны имена векторных слоев. Правое окно Layers отображает активные слои карты.  Панель Transparency позволяет установить уровень прозрачности всех сеточных слоев, выбранных (подсвеченных) в окне Layers. В середине окна находится вертикальная панель управления, состоящая из пяти клавишей редактирования (Рис. 14):

 

 

 

Клавиши редактирования слоев карты

> 

Добавить слой

#

Добавить координатную сетку

Del

Убрать слой

+/-

Отображать/не отображать слой

^

Перенести слой вверх

 

Рис. 14. Панель редактирования слоев

 

       Следует заметить, что все операции данного диалога могут быть выполнены с помощью операций выделения, перетаскивания и контекстных меню окна картографических слоев (см. раздел 3.3.1).

 

       Изменение масштаба: опции ViewðZoom In, ViewðZoom Out , ViewðZoom to Fit. После выполнения ViewðZoom In надо установить курсор в центре увеличиваемой области и нажать левую клавишу мыши. При увеличении размер изображения изменяется без интерполяции сеточного слоя. Для выполнения билинейной интерполяции сеточного слоя к пикселям экрана надо выполнить операцию ViewðRefresh.

       Выбор отображаемого региона по координатам: опция ViewðRegion . В окне Рис. 15 надо установить нужные параметры региона.

 

 

Рис. 15.

 

       Изменение параметров координатной сетки: опция ViewðGrid. В окне Рис. 16 надо установить нужные параметры сетки: начальная координата, последняя координата и шаг сетки по долготе (Lon:) и по широте (Lat:).

 

 

Рис. 16.

 

 

 

3.3.3. Изменение легенды сеточного слоя

 

      Цветовая шкала закраски сеточного слоя и клавиши управления изменения закраски слоя расположены в Окне легенды сеточного слоя.

       Цветовая шкала (легенда) сеточного слоя разбита на интервалы, которым соответствуют закрашенные прямоугольники. Числовое значение рядом с прямоугольником указывает верхнюю границу данного интервала. Первое (верхнее) значение шкалы, заданное для верхнего цветового прямоугольника, относится к интервалу от минимального значения сеточного слоя до данного. Последнее (нижнее) значение шкалы относится к интервалу от данного значения до максимального значения сеточного слоя. Значения всех интервалов сеточного поля, соответствующие цветам закраски, автоматически высвечиваются при движении курсора вдоль шкалы.

       Клавиши управления режимами закраски:

 - установка стандартной цветовой палитры раскраски слоя.

 - установка первого интервала шкалы закраски (при выходе из диалогового окна Select a new scale boundaries for the field по клавише OK) установка стандартной черно-белой палитры раскраски слоя (при выходе из диалогового окна по клавише Сancel).

  - добавление интервала шкалы закраски в диалоговом окне Select boundaries for a new scale segment.

  - восстановление первоначальной шкалы закраски.

* - переход в режим изменения интервалов шкалы закраски.

       Клавиша  установки первого интервала шкалы закраски вызывает окно Select a new scale boundaries for the field (рис. 17). В окне надо установить минимальное Min и максимальное Max значения интервала, а также шаг Delta изменения градаций шкалы. Для сохранения выбора выход по OK.

 

 

Рис. 17.

       Клавиша   - добавление интервала шкалы закраски вызывает окно Select boundaries for a new scale segment (Рис. 18). В окне надо установить минимальное Min и максимальное Max значения добавляемого интервала, а также шаг Delta изменения градаций. Для сохранения выбора выход по OK.

 

 

Рис. 18.

 

       Для установки закраски курсор ставится рядом с цветовым прямоугольником и прожимается левая клавиша. После этого появляется окно Choose color (Рис. 19), в котором производится выбор цвета и насыщенность его тона. 

 

 

Рис. 19.

       Клавиша * - переход в режим изменения положения внутренних границ интервалов шкалы закраски. Для перемещения границы интервалов надо нажать левую клавишу мыши на флажке границы или соответствующем цветовом прямоугольнике и перетащить границу в нужное место шкалы. При двойном нажатии левой клавиши мыши граница интервала удаляется и два соседних интервала объединяются. При выполнении этих операций шаг градаций шкалы не изменяется.

 

3.3.4. Чтение значений сеточных данных

 

       Чтение значений сеточных слоев в произвольной точке: опция ToolsðValues. Войти в опцию и нажать левую клавишу мыши в нужной точке региона. После этого координаты точки и значения всех активных сеточных полей в данной точке карты появятся в таблице окна Values in a Point (рис. 20).

 

 

Рис. 20. Окно измерения значений активных сеточных слоев.


3.3.5. Чтение атрибутов векторных объектов

 

       Чтение атрибутов векторного объекта: опция ToolsðAttributes. Войти в опцию, в окне (Рис. 21) установить на панели Select layer нужный слой, установить курсор на нужном объекте слоя и нажать левую клавишу мыши. 

 

 

Рис. 21.

 

      Панель Select objects позволяет выделить объекты слоя по условию, синтаксис которого аналогичен выбору данных на языке SQL для значений атрибутов: написать выражения и нажать клавишу Select. Все дальнейшие операции анализа для данного слоя будут выполняться только с выделенными объектами.

       Клавиша Calculate открывает окно (Рис. 22)  вычисления новых (или перевычисления существующих) атрибутов  векторного слоя по сеточным слоям и существующим атрибутам.

       Здесь и далее под буферной зоной объекта понимается геометрическое место точек, окружающее объект на расстоянии R.

       Для вычислений надо выполнить следующие действия:

На панели Calculate attribute for: выбрать из списка векторных слоев нужный слой.

На панели Attribute name (select or enter): выбрать имя атрибута из списка имен или ввести имя нового атрибута.

На панели Calculate expression ввести выражение для вычисления атрибута. При этом могут быть использованы стандартные арифметические операции, атрибуты выбранного слоя в качестве переменных, числовые константы и строковые константы, заключенные в двойные кавычки. Кроме того, могут быть использованы стандартные функции, задействованные в языке SQL (в числе их степенная и тригонометрические функции). С помощью панели Special functions можно ввести ряд функций, предназначенных специально для работы с сеточными слоями, при этом имя операции без аргументов появится на панели Calculate expression. Могут быть выполнены следующие операции:

AVG($F,R)           – среднее значение сеточного слоя.

MED($F,R)           – медиана сеточного слоя.

SIGMA($F,R)       – среднеквадратичное значение сеточного слоя.

MIN($F,R)            – минимальное значение сеточного слоя.

MAX($F,R)           – максимальное значение сеточного слоя.

COR($F1,$F2,R) – коэффициент корреляции сеточных слоев $F1,$F2.

Здесь $  – служебный символ, F  – имя сеточного слоя, R  – значение радиуса в км. Ввод аргументов операции осуществляется «вручную», кроме того, имя сеточного слоя вводится автоматически при выборе  элементов списка Fields:.

 

 

Рис. 22.

        

3.3.6. Визуализация разрезов по задаваемому пользователем профилю

 

       Визуализация разреза нескольких сеточных слоев по произвольному кусочно-линейному профилю: опция ToolsðCrossection. Войти в опцию. Установить курсор в окне карты, нажать левую клавишу мыши. Установить курсор на начало профиля, нажать левую клавишу мыши, не отпуская ее, переместить курсор в точку излома профиля и отпустить клавишу. Для ввода следующего отрезка профиля нажать левую клавишу мыши, не отпуская ее, переместить курсор в точку излома профиля и отпустить клавишу. Последняя точка профиля вводится быстрым двойным нажатием левой клавиши мыши. После этого внизу появляется окно разреза Crossection (рис. 23). Размер окна можно изменять, протаскивая курсор с нажатой левой клавишей. В верхней части окна разным цветом показаны значения сеточных слоев вдоль профиля. В нижней части окна показана таблица, в которой этими же цветами обозначены соответствующие названия сеточных слоев. Рядом с именами слоев имеются раскрывающиеся списки, с помощью которых можно сделать профиль слоя невидимым или изменить порядковый номер слоя. Каждый график значений разреза слоя с уникальным номером нормирован по высоте окна. Графики разрезов слоев с одинаковыми номерами изображаются в единой шкале. Если курсор перемещается в верхней части окна Crossection, то в нижней части этого окна в таблице выводятся значения сеточных слоев вдоль профиля, в верхней строке таблицы указываются долгота и широта данной точки профиля, а в окне карты крестиком на профиле показывается точка, к которой относятся измерения. Для выхода из опции надо снять флажок снять флажок с опции Toolsð Crossection.

 

 

Рис. 23. Пример разреза двух слоев

 

3.3.7. Многомерный анализ по сходству с прецедентами по сеточным полям

 

       Многомерный анализ сеточных полей по сходству позволяет построить карту значений функции сходства с указанной пользователем точкой региона (или несколькими точками региона) по множеству выбранных признаков.

      Функция сходства по расстоянию: опция  ToolsðSimilarity analysis.

Функция сходства по расстоянию определяется в пространстве нормированных по среднеквадратичным отклонениям признаков. После нормировки среднеквадратичные отклонения значений признаков xi тождественно равны 1. Пусть  - метрика,  R - константа,  - точки региона, выбранные в качестве прецедентов для сравнения по набору признаков со всеми точками региона . Функция сходства по расстоянию имеет вид:

 для  ,

       Функция сходства по расстоянию реализована для метрик l2 или c. В метрике l2  расстояние , а в метрике с расстояние .

       После запуска опции ToolsðSimilarity analysis появляется диалоговое окно Similarity Analysis (Рис. 24). В окне назначаются параметры функции сходства: метрика l2 или c, константа R, которая определяет в пространстве нормированных по среднеквадратичным отклонениям признаков максимальное расстояние от точек прецедентов, на котором определяется функция сходства, и набор признаков. В окне указаны только имена активных сеточных слоев. Для удаления слоев из списка надо подсветить слои курсором и нажать кнопку Delete. После выбора параметров диалоговое окно закрывается нажатием клавиши OK. Далее на карте двойным щелчком левой клавиши мыши выбирается точка региона, выбранная в качестве прецедента. Эта точка помечается синим треугольником. Пространственное распределение функции сходства с выбранным прецедентом изображается в черно-белой шкале. Более темные тона соответствуют большим значениям сходства. Следующим двойным щелчком левой клавиши мыши можно выбрать в качестве прецедента вторую точку региона, и т.д. Чтобы снять с экрана карту сходства надо в окне карты нажать правую клавишу мыши. Для выхода из опции надо снять флажок снять флажок с опции ToolsðSimilarity analysis.

 

 

Рис. 24.

 

      Функция сходства по предпочтению: опция  ToolsðMonotonicity analysis.

       Анализируемые признаки нормируются по среднеквадратичным отклонениям признаков. После нормировки среднеквадратичные отклонения значений признаков xi тождественно равны 1.

       Функция сходства по предпочтению определяется с помощью неравенств. Каждый анализируемый признак помечается знаком + или - . Точки x являются более предпочтительными по сравнению с точкой x(n), выбранной в качестве прецедента, если 

 для всех признаков i, помеченных знаком +, и  для всех признаков j, помеченных знаком -. Здесь R – параметр, с помощью которого можно «загрубить» функцию предпочтения.

       Рассмотрим пример использования функции сходства по предпочтению. Пусть для анализа выбраны два слоя: градиент гравитационных аномалий и расстояние до разломов. Предположим, что сейсмичность увеличивается при увеличении градиента гравитационных аномалий и при уменьшении расстояния до разлома. Первый признак помечаем знаком +, а второй знаком -. Точки, выбранные по предпочтению с прецедентом, имеют большие значения градиента гравитационных аномалий и меньшие расстояния до разломов. В соответствии с нашей гипотезой эти точки должны иметь большую сейсмичность.

       После запуска опции ToolsðMonotonicity analysis появляется диалоговое окно Monotonicity analysis (Рис. 25). В окне назначаются параметры функции сходства: константа R, знаки + и -. В окне указаны только имена активных сеточных слоев. Для удаления слоя из списка надо подсветить слой курсором и нажать кнопку Delete. Для изменения знака функции предпочтения нужно подсветить слой курсором и прожать клавишу +/-. После выбора параметров диалоговое окно закрывается нажатием клавиши OK. Далее на карте двойным щелчком левой клавиши мыши выбирается точка региона, выбранная в качестве прецедента. Эта точка помечается синим треугольником. Следующим двойным щелчком левой клавиши мыши можно выбрать в качестве прецедента вторую точку региона, и т.д. Чтобы снять с экрана карту сходства надо в окне карты нажать правую клавишу мыши. Для выхода из опции надо снять флажок снять флажок с опции ToolsðMonotonicity analysis.

 

 

Рис.25.

 

3.3.8. Построение модели освещенности

 

       Используется опция TransformðTopo model. Появляется диалоговое окно Рис. 26. В диалоговом окне имеются три параметра, которые определяют положение источнике света azimuth (азимут), angle (угол с горизонтом) и factor (коэффициент, на который умножаются значения сеточного слоя, чтобы сопоставить пространственную шкалу со значениями сеточного слоя). Нажатие клавиши <Preview> позволяет просмотреть результат преобразования, при нажатии клавиши <OK> результат сохраняется, а при нажатии клавиши <Cancel> происходит выход из операции без сохранения результата в списке слоев.

 

 

Рис. 26.

 

3.4. Аналитические преобразования данных

 

3.4.1. Вычисление сеточного слоя как функции от нескольких сеточных слоев

 

      Используется опция TransformðField combination. Для вычисления сеточного слоя функция от нескольких исходных слоев конструируется пользователем из элементарных функций с использованием алгебраических и логических операций. В качестве аргумента элементарной функции может быть использован идентификатор сеточного слоя. Это означает, что функция берется от всех значений сеточного слоя. Реализованные элементарные функции приведены в следующей таблице:

 

Элементарные функции

ABS()

Абсолютная величина значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

ATAN()

Арктангенс значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

BLK()

BLK(x)=1, если значение x определено, в противном случае BLK(x)=0 (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

COS()

Косинус значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

DAY(year, month, day)

Число дней от 1970.01.01

EXP()

Экспонента значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

IF(a, b, c)

Если логическое выражение a истинно, то результат равен b , в противном случае c.

Например, выражение IF($1>0,$1-$2, -32768) означает, что если значение в слое $1>0, то в качестве результата берется разность соответствующих значений слоев $1 и $2, в противном случае значение результата равно

-32768

INTR(x, x1, y1, [,x2, y2,...])

Значения слоя определяются, как кусочно-линейная функция, заданная перечислением узлов излома функции (xi, yi). Например,

INTR($1,20,-30,37,99,41,-50):

преобразование выполняется над слоем $1, значениям слоя менее 20 присваивается значение -30, значениям от 20 до 37 присваиваются значения, которые линейно возрастают от -30 до 99, значениям от 37 до 41 присваиваются значения, которые линейно изменяются от 41 до -50, значениям больше 41 присваивается значение -50.

LN()

Логарифм натуральный значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного поля)

LG()

Логарифм десятичный значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

MAX(,)

Максимальная величина значений сеточных слоев (в скобках указываются идентификаторы сеточных слоев)

MIN(,)

Минимальная величина значений сеточных слоев (в скобках указываются идентификаторы сеточных слоев)

RAND()

Результат – значение входного сеточного слоя с наложенным случайным шумом (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

ROUND()

Округление значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

SIN()

Синус значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

SQRT()

Квадратный корень значений сеточного слоя (в скобках указывается идентификатор сеточного слоя)

      

       При выборе опции TransformðField combination появляется диалоговое окно Input Function (Рис. 27). Строка Name служит для указания имени нового слоя. Для конструирования вычисляемой функции используются три списка Functions (функции), Operators (операторы) и Fields (поля). Построенную функцию можно редактировать. Для получения результата надо прожать клавишу OK. После этого вычисляется новый сеточный слой и отображается в окне карты.

       Аргументами операторов являются идентификаторы сеточных слоев, например, выражение $1+$2 означает, что результирующий сеточный слой равен сумме соответствующих значений слоев $1 и $2. Если слои $1+$2 заданы на различных сетках, то слои автоматически преобразуются к одной и той же сетке. При этом, слой, заданный на более редкой сетке интерполируется к более детальной сетке. Для преобразования используется билинейная интерполяция.

 

 

Рис. 27.

 

3.4.2. Корреляция сеточных полей в скользящем окне

 

      Вычисляется сеточный слой, равный коэффициенту корреляции полей в скользящем окне. Для запуска используется опция TransformðCorrelation. После этого появляется диалоговое окно Setup filter (рис. 28). В поле Name указывается имя получаемого в результате преобразования сеточного слоя, в поле R  - радиус квадратного окна в км, в строках Field 1 и Field 2 выбрать сеточные слои

 

 

 

Рис. 28.

 

3.4.3. Фильтрация сеточных слоев

 

       Используется опция TransformðFilter. После этого появляется диалоговое окно Setup filter (рис. 29). В поле Name указывается имя получаемого в результате преобразования сеточного слоя, в поле R - радиус в км , окне фильтров выбирается одна из операций: mean, median, RMS, local anomalies, gradient module, gradient azimuth, maximum, minimum, maximum-minimum, в окне field - имя преобразуемого сеточного слоя. Нажатие клавиши <Preview> позволяет просмотреть результат преобразования, при нажатии клавиши <OK> результат сохраняется, а при нажатии клавиши <Cancel> происходит выход из операции без сохранения результата.

 

 

Рис. 29.

 

       Рассмотрим возможные операции фильтрации.

 

      Mean - построение сеточного слоя, равного средним значениям в квадратном текущем окне со стороной 2R (сглаживание). Сетка разбивает поле на прямоугольные (трапецеидальные) ячейки с центрами в узлах сетки. При сглаживании предполагается, что везде внутри ячейки значения слоя равны значению в соответствующем узле сетки. При вычислении для каждой точки сетки строится прямоугольник со стороной 2R и с центром в узле сетки (значение R задается пользователем в км и должно превышать значения шага сетки). Прямоугольник покрывает свою ячейку и соседние ячейки или их части. Таким образом, прямоугольной области могут принадлежать целые ячейки и части ячеек. Среднее вычисляется как интеграл значений поля в прямоугольном окне, деленное на площадь окна

            ,

где сумма берется по всем ячейкам, которые пересекаются с окном,  - площадь части ячейки (с центром в узле i), которая попала в j-е окно, xi - значение поля в узле i.

Вычисленное таким образом значение приписывается тому узлу j, который находится в центре области. Таким образом, поле средних получается в той же сетке, что и исходное.

     

      Median – медианное сглаживание значений слоя в скользящем прямоугольном окне со стороной 2R . При этом рассматриваются значения только в тех ячейках, которые целиком содержатся в окне. (Оценкой медианы множества {Xj} является такой элемент  упорядоченного множества {X(j)},  для  которого  количество  элементов выборки, меньших  равно количеству элементов, больших ):  

     

      RMS - поле среднеквадратичных отклонений RMS определяется в прямоугольном окне размером 2R*2R

          RMSj

 

       Local anomalies – вычисление поля разности между значениями исходного сеточного слоя и усредненного поля в окне со стороной 2R.

     

      Gradient module – вычисление поля модуля градиента. Модуль градиента вычисляется по формуле:

       Gradient module(i)=(A2+B2)1/2

где: для приведенного ниже участка сеточного слоя

 

i4

 

i1

I

i2

 

i3

 

 

A=(xi2 -xi1 )/(i2 -i1 ),  B=(xi4 -xi3 )/(i4 -i3 ),

(i2 -i1 ) и (i4 -i3 )   - расстояние между узлами сетки (i2 и i1 ) и (i4 и i3 ) в километрах. Если в какой-нибудь их узлов сетки слоя i1,  i2,  i3,  i4 поле не задано, то вместо данного значения  берется xi и соответственно в два раза уменьшается знаменатель (база оценки производной).

     

      Gradient azimuth – построение поля азимута градиента. Азимут градиента вычисляется по формуле:

       Azimut(i)=A/B,

где обозначения приведены выше.

 

      Maximum – построение поля максимальных значений в квадрате со стороной 2R в километрах. Значение выходного поля равно максимальному из значений входного сеточного слоя в узлах (в центрах ячеек), которые попадают в заданное окно.

 

      Minimum – построение поля минимальных значений в квадрате со стороной 2R в километрах. Значение выходного поля равно минимальному из значений входного сеточного слоя в узлах (в центрах ячеек), которые попадают в заданное окно.

calculate minimum values within a square 2R*2R.

 

      Maximum - Minimum – построение поля разности между максимальными и минимальными значениями в в квадрате со стороной 2R в километрах.

 

3.4.4. Фильтрация точечного слоя 

 

       Для фильтрации точечного слоя надо войти в опцию TransformðEvent filter. После этого появляется диалоговое окно Setup event filter (рис. 30). Для запуска надо в поле Name указать имя получаемого в результате преобразования сеточного слоя, в поле R указать параметр фильтрации, определяющий размер окна фильтра, окне фильтров выбрать одну из операций: Density, Distance, Closeness, Influence, в окне Vector выбрать имя преобразуемого точечного слоя. Нажатие клавиши <Preview> позволяет просмотреть результат преобразования, при нажатии клавиши <OK> результат сохраняется, а при нажатии клавиши <Cancel> происходит выход из операции без сохранения результата.

 

 

Рис. 30.

 

            Рассмотрим возможные операции фильтрации.

      

       Density – вычисление поля плотности точек при круговом окне произвольного радиуса R. Плотность точек определяется как отношение числа точек в окне к площади окна, равной 3.14*R2.

      

       Distance – вычисление поля расстояний от узлов координатной сетки сеточного слоя до ближайшей точки из множества точек. Расстояние  от узла i до ближайшей к нему точки n вычисляется в евклидовой метрике в круговом окне произвольного радиуса R. Если внутри круга не оказалось ни одной точки, то в выходном сеточном слое расстояние принимается равным R.

     

      Closeness – вычисление поля близости узлов координатной сетки сеточного слоя к ближайшей точке из множества точек. Близость определяется через функцию расстояния, как . Легко видеть, если близость к узлу сетки равна 1. когда точка совпадает с узлом (расстояние равно 0), линейно убывает до 0, при увеличении расстояния до радиуса R и остается равной 0 при увеличении расстояния.

 

       Influence – вычисление поля влияния, определяющего плотность событий в круговом окне радиуса R с треугольной весовой функцией. Результат в узле сеточного слоя i равен , где в суммировании участвуют только точки, находящиеся внутри окна с центром в узле i.

 

3.4.5. Фильтрация линейного слоя 

 

       Для фильтрации линейного слоя надо войти в опцию TransformðLine filter. После этого появляется диалоговое окно Setup Line filter (рис. 31). Для запуска надо в поле Name указать имя получаемого в результате преобразования сеточного слоя, в поле R указать параметр фильтрации, определяющий размер окна фильтра, окне фильтров выбрать одну из операций: Distance, Influence, Nearness, Number, Sum length, в окне Vector выбрать имя преобразуемого линейного слоя. Нажатие клавиши <Preview> позволяет просмотреть результат преобразования, при нажатии клавиши <OK> результат сохраняется, а при нажатии клавиши <Cancel> происходит выход из операции без сохранения результата.

 

 

 

Рис. 31.

 

Рассмотрим возможные операции фильтрации.

 

       Distance – вычисление поля расстояний от узлов координатной сетки сеточного слоя до ближайшей линии. Расстояние  от узла i до ближайшей к нему линии n вычисляется в евклидовой метрике в круговом окне произвольного радиуса R. Если внутри круга не оказалось ни одной точки, принадлежащей линиям, то в выходном сеточном слое расстояние принимается равным R.

 

       Influence – вычисление поля влияния, определяющего плотность линий в круговом окне радиуса R с треугольной весовой функцией. Результат в узле сеточного слоя i равен , где в суммировании участвуют только точки линий, находящиеся внутри окна с центром в узле i.

 

      Closeness – вычисление поля близости узлов координатной сетки сеточного слоя к ближайшей линии из множества линий. Близость определяется через функцию расстояния, как . Легко видеть, если близость к узлу сетки равна 1. когда линия пересекает узел сетки (расстояние равно 0), линейно убывает до 0, при увеличении расстояния до радиуса R и остается равной 0 при увеличении расстояния.

 

       Number – вычисление поля плотности числа линий, которая определяется как отношение числа линий пересекающих круговое окно к площади круга 3.14*R2.

 

       Sum Length – суммарная длина линий внутри кругового окна радиуса R.

 

3.5.    Операции правдоподобного вывода

 

3.5.1. Методы правдоподобного вывода ГИС ГеоПроцессор

 

       Методы правдоподобного вывода предназначены для нахождения операторов аналитических преобразований на основании имеющихся данных и знаний. Рассмотрим методы, реализованные в ГИС ГеоПроцессор. Для вывода используются только непараметрические процедуры. Основанием для выбора непараметрических методов является их относительная простота использования и простота понимания их принципов для широкого круга возможных пользователей.

       Введем следующие обозначения:  - пространство признаков, нормированных по среднеквадратичным отклонениям, для  среднеквадратичные отклонения ,    - метрика в ,  - константа.           

       Сходство с точкой x(n) определено, как

 для    ,                                                              

                   для    ,

а функция сходства с выборкой прецедентов ,  имеет вид:

   для ,                                                  (3.1)

                            для                                                       

       Функция принадлежности для двух классов.

       Пусть  и ,    обозначают два множества прецедентов в  . Функция принадлежности для двух классов имеет вид

  для  ,                    (3.2)

где ,  .

       Функция непараметрической регрессии для множества прецедентов.

       Пусть ,   обозначает множество прецедентов, состоящее из векторов и оценок функции. Функция регрессии имеет вид

,                                                                                   (3.3)

где  для   и   для .

Функция предпочтения.

       Пусть ,  обозначает множество прецедентов. Функция предпочтения имеет вид

,                                                                                                                   (3.4)

где  обозначает число прецедентов, для которых  по всем i, для которых предполагается положительное предпочтение, и  по всем j, для которых предполагается отрицательное предпочтение.

       Граница функции предпочтения может быть аппроксимирована логическим выражением.

 

3.5.2. Формирование выборки прецедентов

 

       В операциях вывода используется выборка прецедентов. Выборка может быть загружена из файла или сформирована пользователем. Можно создавать два типа прецедентов: точки и ,области (полигоны). При этом выборка точка содержит произвольное число точек, заданных на карте региона, а выборка областей состоит из всех точек сетки, которые принадлежат указанным полигонам.

       Чтобы создать выборку точек надо выбрать опцию MapðNew Sample. После этого в верхней части окна проекта появляется панель редактирования выборки (Рис. 32). Имеется два способа создания выборки: автоматическое генерирование выборки и выбор точек «вручную».

 

 

Где:              - клавиша Сохранение значения точки

          - типы маркеров выборки точек,

         *        - клавиши редактирования Выбор точки и Удаление точки,

         *             - клавиша Запуск автоматического генерирования точек,

         *             - клавиша Закрыть панель.

 

Рис. 32.

 

       При выборе точек «вручную» надо выбрать тип маркера и с помощью левой клавиши мыши выбирать положение точек выборки на карте. Для одновременного выбора значений точек можно (1) указать значение точки в строке панели и прожать клавишу Сохранение значения точки или (2) выбрать в строке панели имя сеточного слоя, с которого надо считывать значение точки.

       При запуске режима автоматического генерирования точек открывается окно, показанное на Рис. 33. Имеется два режима генерирования: (1) точки могут генерироваться с помощью случайного выбора координат региона (или из видимой части сеточного слоя) или (2) координаты региона могут выбираться из сеточного слоя. При этом кроме координат точек могут одновременно выбираться также значения сеточного слоя (это необходимо для решения задач регрессии).

 

Рис. 33.

 

       Чтобы создать в качестве выборки область региона надо выбрать опцию MapðAreas. После этого в верхней части окна проекта появляется панель редактирования области (Рис. 34).

 

 

                      - клавиша Сохранение значения точки,

                    - клавиша Открыть режим отрисовки полигона,

         *             - клавиша Выбрать полигон,

                      - клавиша Замкнуть полинон,

                    - клавиша Удалить последнюю точку,

                   - клавиша Вырезать полинон,

         *             - клавиша Закрыть панель.

 

Рис. 34

 

      При вводе полигона нажатием левой клавиши мыши отмечается 1-я точка полигона, затем, при нажатой клавише, мышь протаскивается к следующей точке и т.д..

 

3.5.3. Вычисление функции сходства с выборкой прецедентов

 

       Функция сходства определена в (3.1).

       Для вычисления функции сходства создается выборка прецедентов (см. раздел 3.5.2). Окно установки параметров анализа показано на Рис. 35.

 

 

Рис. 35.

 

На рисунке приняты следующие обозначения:

         Metric – метрика функции сходства,

     R (sigm, mu) – радиус области определения функции

  > -  клавиша для выбора выборки прецедентов,

  Del       - клавиша удаления сеточных слоев, не участвующих в вычислении функции.

 

       Для установки параметров выполняется следующая последовательность действий:

1.       Выбрать опцию TransformðSimilarity Field.

2.       Указать в поле Name в диалогового окна Similarity Field Creation  имя поля сходства.

3.       Выбрать в поле Metric метрику С или L2, в которой вычисляется функция сходства

4.       Выбрать в поле R (Sigm) величину радиуса R,  который задает область определения функции сходства в пространстве тематических признаков.

5.       Выбрать имя выборки прецедентов в окне Samples и, прожимая клавишу “>”, перенести имя выборки в окно Similarity to.

6.       Прожать клавишу OK.

       Сеточный слой со значениями функции сходства с выборкой прецедентов появится на экране в черно-белой шкале. Более темные тона соответствуют большим значениям функции сходства.

 

3.5.4. Вычисление функции принадлежности к выборкам прецедентов двух классов

 

       Функция принадлежности определена в (3.2).

       Для вычисления функции принадлежности создаются две выборки прецедентов (см. раздел 3.5.2). Окно установки параметров анализа показано на Рис. 36.

 

 

Рис. 36.

 

На рисунке приняты следующие обозначения:

            Metric – метрика функции принадлежности,

     R (sigm, mu) – радиус области определения функции

  > -  клавиша для выбора выборки прецедентов,

  Del - клавиша  удаления сеточных слоев, не участвующих в вычислении функции.

 

       Для установки параметров выполняется следующая последовательность действий:

1.       Выбрать опцию TransformðMembership Field.

2.       Указать в поле Name в диалогового окна Membership Field Creation имя поля функции принадлежности.

3.       Выбрать в поле Metric метрику С или L2, в которой вычисляется функция принадлежности.

4.        Выбрать в поле R (Sigm) величину радиуса R,  который задает область определения функции принадлежности в пространстве тематических признаков.

5.       Выбрать имя выборки прецедентов первого класса в окне Samples и, прожимая верхнюю клавишу “>”, перенести имя выборки в окно Class A, аналогично выбрать имя выборки прецедентов второго класса в окне Samples и, прожимая нижнюю клавишу “>”, перенести имя выборки в окно Class B.

6.       Прожать клавишу OK.

       Сеточный слой со значениями функции принадлежности к выборкам прецедентов двух классов появится на экране в черно-белой шкале. Более темные тона соответствуют классу А, более светлые – классу B.

 

3.5.5. Вычисление функции предпочтения

 

       Функция предпочтения определена в (3.4).

       Для оценки функции предпочтения создается выборка прецедентов. Окно установки параметров анализа показано на Рис. 37.

 

 

Рис. 37.

 

На рисунке приняты следующие обозначения:

         Approx. Error (mU) – параметр аппроксимации границы (от 0 до 2),

         Level of confidence (C) – уровень функции нечеткой логики, для которого

            выписываются логическое правило,

  Layer type – тип решающего правила: функция предпочтения при

     Monotonicity field и Граница функции распределения при Monotonicity area,

  > -  клавиша для выбора выборки прецедентов,

  Del       - клавиша удаления сеточных слоев, не участвующих в вычислении функции

    предпочтения,

  +/-        - клавиша установки типа предпочтения.

 

       Для установки параметров выполняется следующая последовательность действий:

1.       Выбрать опцию TransformðMonotonicity Field.

2.       Указать в поле Name в диалогового окна Monotonicity Field Creation  имя поля функции распределения.

3.       Выбрать имя выборки прецедентов в окне Samples и, прожимая клавишу “>”, перенести имя выборки в окно Monotonicity to.

4.       Прожать клавишу OK.

       Сеточный слой со значениями функции сходства с выборкой прецедентов появится на экране в черно-белой шкале. Более темные тона соответствуют большим значениям функции предпочтения.

       Граница функции предпочтения может быть аппроксимирована логическим выражением. Эта функция записывается в Окно описания сеточных слоев.

 


3.5.6. Вычисление непараметрической регрессии

 

Функция непараметрической регрессии определена в (3.3).

       Для оценки функции регрессии создается выборка прецедентов. Окно установки параметров анализа показано на Рис. 38.

 

 

Рис . 38.

 

На рисунке приняты следующие обозначения:

         Metric – метрика ядра функции регрессии,

     R (sigm, mu) – параметр ядра ыфункции

  > -  клавиша для выбора выборки прецедентов,

  Del       - клавиша удаления сеточных слоев, не участвующих в вычислении функции.

 



[1] Подробнее эти операции будут описаны в разделе 3.3.2