Коротаев М.В. и др. Применение геоинформ-х систем в геологии

УДК [004:55](076.6) ББК 26.3ф1я73-1+32.973.26-018.2я73-1 К68

Рецензент: доктор геолого-минералогических наук А. В. Тевелев

Коротаев М. В., Правикова Н. В. К68 Применение геоинформационных систем в геологии : учебное / М. В. Коротаев, Н. В. Правикова. – 2-е издание. – М. : КДУ, 2010. –172 с. : ил., табл. ISBN 978-5-98227-725-1 Учебное пособие по использованию геоинформационных систем (ГИС) в геологии. Рассмотрены общие вопросы использования ГИС в геологии, сделан обзор существующих ГИС применительно к их использованию при геологических исследованиях. Показаны последовательно все этапы создания ГИС для геологической карты. Векторизация геологических карт описана на примере программы MapEdit, создание геоинформационной системы — на примере ГИС ArcView 3.2, ArcGIS 8.3. Подробно рассмотрены дополнительные модули расширения — 3D Analyst, Spatial Analyst, а также дополнительные программы геологического назначения — модуль «Утилиты для геологических карт», программа эталонной базы знаков и MapAudit. Приведены список контрольных вопросов и примерный план занятий по курсу «Применение геоинформационных систем в геологии». Для студентов геологических вузов, а также для широкого круга геологов и специалистов по геоинформационным системам. УДК [004:55](076.6) ББК 26.3ф1я73-1+32.973.26-018.2я73-1 ISBN 978-5-98227-725-

© Коротаев М. В., Правикова Н. В., 2010 © Издательство «КДУ», 2010

Оглавление Введение......................................................................................................... 6 Глава 1. Геоинформационные системы в геологии (М. В. Коротаев)......................................................................... Геоинформационные системы (ГИС).......................... Существующие ГИС в геологии........................................... Особенности применения геоинформационных систем в геологии................................................................ Этапы создания ГИС......................................................... Глава 2. Векторизация геологических карт (М. В. Коротаев)... Принципы хранения графического изображения в компьютере............................................................. Методы векторизации....................................................... Типы программ-векторизаторов.................................... Подготовка карты для сканирования........................... Сканирование карты.......................................................... Векторизация геологической карты в программе MapEdit....................................................................... Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2 (Н. В. Правикова)....................................................................... Начало работы...................................................................... Легенда.................................................................................... Редакция тем......................................................................... Работа с графикой............................................................... Расстановка индексов........................................................ Таблицы.................................................................................. Тема событий........................................................................ Горячие связи........................................................................

7 7 15 18 20 22 22 23 24 24 27 27 43 43 49 52 53 54 56 65 66



Оглавление

Компоновка........................................................................... 69 Основы программирования на языке Avenue........... 72 Глава 4. Программный пакет ArcGIS (М. В. Коротаев)................ 75 Состав программного пакета ArcGIS 8 .............................. 75 Программа ArcCatalog.............................................................. 76 Соответствие терминов ArcView и ArcMap............... 80 ArcMap — основы интерфейса............................................... 81 Типы легенд и их отображение на карте..................... 89 Создание собственного символа.................................... 93 Редактирование в ArcGIS 8..................................................... 95 Редактирование с сохранением топологии объектов....................................................................... 100 Работа с таблицами.................................................................... 100 Создание таблицы и добавление полей....................... 101 Выборка в таблице.............................................................. 102 Вычисления в таблицах.................................................... 104 Объединение и связывание таблиц.............................. 107 Использование данных GPS в ArcGIS........................ 108 Построение диаграмм........................................................ 110 Гиперссылки.......................................................................... 111 Интерактивная выборка................................................... 114 Выборка объектов по расположению относительно других объектов............................ 115 Работа с текстом на карте. Индексы и аннотации........... 117 Индексы.................................................................................. 117 Аннотации............................................................................. 121 Привязка растрового изображения...................................... 123 Привязка векторного изображения..................................... 126 Определение и преобразование проекций......................... 127 Координатные системы..................................................... 127 Прямоугольная система координат Гаусса-Крюгера......................................................... 129 Компоновки, экспорт, печать. Легенда карты, конструктор легенд............................................................. 132 Создание координатных сеток....................................... 133



Оглавление



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС (М. В. Коротаев)......................................................................... 140 Модуль 3D Аnalyst..................................................................... 140 Визуализация в ArcScene................................................. 143 Анализ поверхности........................................................... 146 Модуль Spatial Analist............................................................... 150 Создание растров................................................................ 151 Анализ поверхности........................................................... 153 Операции с растрами......................................................... 153 Гидрологическое моделирование.................................. 154 Гидрогеологическое моделирование............................ 156 Подготовка цифровой модели для МПР............................ 156 Эталонная база данных..................................................... 158 Рекомендации по преподаванию курса «Применение геоинформационных систем в геологии»........................ 160 Список литературы..................................................................................... 162 Приложение 1. Контрольные вопросы по курсу «Геоинформационные системы в геологии»................... 164 Список контрольных вопросов к разделу курса «Векторизация геологических карт»................ 164 Список контрольных вопросов к разделу курса «Геоинформационная система ArcView 3.2»............................................................... 165 Список контрольных вопросов к разделу курса «Геоинформационная система ArcGIS 8.3».... 166 Приложение 2. Примерный план лабораторных работ по курсу «Геоинформационные системы в геологии»..... 168 Примерный план лабораторных работ по разделу курса «Векторизация геологических карт» и «Геоинформационная система ArcView 3.2»............................................................... 168 Примерный план лабораторных работ по разделу курса «Геоинформационная система ArcGIS 8.3 и модули расширения».................... 170

Введение Геоинформационные системы (ГИС) являются относительно новым и чрезвычайно быстроразвивающимся направлением на стыке компьютерных технологий и наук о Земле. Они нашли свое применение во многих сферах человеческой деятельности — от интерактивных карт в Интернете и приборов спутниковой привязки до программ разработки месторождений полезных ископаемых. Геоинформационные системы широко применяются в геологии как инструмент интеграции и анализа данных, а также при оформлении и подготовке к изданию геологических карт. Требования по использованию ГИС при подготовке государственной геологиче­ ской карты закреплены в инструкциях Министерства Природных ресурсов РФ. В этом учебном пособии авторы хотели познакомить читателя с особенностями применения ГИС в геологии на всех этапах создания геоинформационной системы, а также поделиться своим опытом обучения ГИС студентов геологических специальностей. В основе книги лежит личный опыт авторов по подготовке ГИС для Государственной Геологической карты-200, созданию ГИС для использования в ведущих нефтяных компаниях (Роснефть, ТНКBP, Total, BP) и преподаванию дисциплины «Применение геоинформационных систем в геологии» для студентов Геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Авторы выражают огромную благодарность своему коллеге Александру Вениаминовичу Тевелеву, вместе с которым этот курс организовывался, разрабатывался и преподается на геологическом факультете МГУ с 1999 года по настоящее время. Авторы выражают благодарность фирмам ESRI, Дата+, Резидент, Easy Trace за предоставленное на льготных услових программное обеспечение для обучения студентов.

Глава 1

Геоинформационные системы в геологии Геологические карты. Одними из основных вопросов геологии являются следующие: «Как устроена Земля?» и «Где искать полезные ископаемые?». Ответ на них находится в основном виде геологической графики — геологических картах. Существует большое разнообразие карт геологического содержания: собственно геологическая карта, на которой цветом, крапом и символами показан возраст или состав горных пород, выходящих на поверхность; тектоническая карта, где цветом показан возраст складчатых комплексов; литологическая карта, где цветом показан состав пород; палеогеографическая карта, легенда которой отражает палеогеографические обстановки какого-либо из моментов прошлого; структурная карта, где изолинии отражают залегание геологических поверхностей на глубине; карты геофизических и геохимических аномалий; карты полезных ископаемых. Чтобы ответить на два вышеприведенных вопроса, надо проанализировать все эти карты. И в связи с этим возникает еще одна задача: как привлечь компьютер к обработке этой информации, чтобы его роль не сводилась к инструменту просмотра картинок и таблиц на экране? Для этого существуют программы, называемые геоинформационными системами. Прежде всего надо дать им определение и понять их основные цели и задачи.

Геоинформационные системы (ГИС) ГИС (геоинформационная система) — компьютерная система сбора, проверки, интеграции и анализа информации, относящейся к земной поверхности. Проще говоря, это электронная карта, свой­



Применение геоинформационных систем в геологии

ства (атрибуты) каждого объекта которой записаны в связанной с картой таблице. Самым простым примером ГИС являются электронные карты городов (www.77.ru, map.yandex.ru, надстройка Microsoft Map для Microsoft Excel) — мы видим на экране компьютера карту города, указываем улицу и получаем ее название, или наоборот, набираем в строке поиска название улицы и видим указание на нее на карте (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Примеры геоинформационных систем в Интернете (интерактивния карта Москвы www.77.ru, программа Google Earth)



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии



Первые ГИС появились в конце 60-х годов в Канаде и применялись для учета и анализа природных ресурсов страны (Де Мерс, 2000). В настоящий момент они получили широчайшее распространение во всех сферах человеческой деятельности, связанных с земной поверхностью. Приведем несколько примеров. • Учет недвижимости (ГИС позволяет связать карту города, содержащую объекты недвижимости, с таблицей собственни­ ков, таблицей цен, фотографиями домов и т. д., быстро произвести любой запрос). • Учет земельных участков (карта земельных участков за счет возможностей ГИС связана с таблицей данных о земле и, кроме того, автоматически могут быть вычислены площадь, периметр, границы с соседними участками). • Планирование и мониторинг грузоперевозок (при анализе в ГИС карты качества дорог (магистраль, шоссе, грунтовые дороги), карты интенсивности дорожного движения, схем движения и расположения светофоров можно определить оптимальный маршрут). • Планирование строительства торговых точек на основе анализа покупательского спроса (если проанализировать вместе карту жилых домов, данные опросов о доходах жителей, расположение существующих магазинов, оценить время поездки до будущего магазина, то наверняка на карте останется много незанятых конкурентами мест). • Планирование сетей сотовой связи (на распространение радиоволн влияет рельеф, мощность передатчика, застройка, леса, источники помех. Все карты-покрытия сотовой сети сделаны наложением карт этих параметров). • Мониторинг ситуации на дорогах и предупреждение об авто­ мобильных пробках (один взгляд на карту на www.77.ru с изображением текущих автомобильных пробок может значительно сократить время поездки по Москве). Столь широкое применение ГИС связано не с модой на новую технологию, а с высокой эффективностью этих систем и результатами комплексного анализа, которых нельзя достичь ни простым анализом карт, ни анализом таблиц данных. Один из ведущих специалистов по ГИС М. Де Мерс сравнивает их появление с появлением книгопечатания или телефона (Де Мерс, 2000).

10

Применение геоинформационных систем в геологии

ГИС в геологии. Исходя из многообразия и обилия геологической информации и определения геоинформационной системы, следует, что ГИС является незаменимым инструментом анализа геологических данных. Далее мы рассмотрим процесс создания геологической ГИС, просмотра и анализа данных в ней (рис. 1.2).

Рис. 1. 2. Геологическая карта в программе ArcView

Этапы создания ГИС. В процессе создания геологической геоинформационной системы геологу приходится сталкиваться с огромным количеством информации. 1. Геологические карты различных видов, а также схемы на картографической основе. 2. Описания точек наблюдения, сделанные геологом в полевой книжке. 3. Фотографии и зарисовки геологических объектов. 4. Разнообразные аналитические данные: таблицы химических анализов, таблицы палеонтологических определений, описания и фотографии шлифов – результатов микроскопического анализа. Кроме того, существуют координаты точек наблюдения, данные по буровым скважинам, отчеты о работах предыдущих геологов, изучавших эту территорию, опубликованные статьи по проблемам геологии изучаемых объектов.



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии

11

Как поместить все это в геоинформационную систему? Здесь и проявляется одна из характерных черт ГИС — она способна пони­ мать практически любые типы компьютерной информации, так что для загрузки всех данных необходимо просто перевести ее в компьютерный вид. Описания точек и отчеты преобразуются в текстовые файлы, фотографии и зарисовки сканируются, и файлы изображений переименовываются в соответствии с номерами точек наблюдения. Вся табличная информация приводится к единой форме. Геологическая карта преобразуется в векторное изображение с помощью дигитайзера или сканера и программы векторизатора. При векторизации последняя позволяет геологу связать полученные векторные объекты с таблицами баз данных (что будет отличать полученное векторное изображение для ГИС от простого векторного рисунка). Кроме того, векторизатор делает привязку карты: преобразует координаты (пиксели) экрана или сканера в реальные географические координаты – долготу и широту. Для этого надо указать проекцию карты, найти на карте какие-то характерные точки (как правило, углы карты и пересечения линий сетки карты) и указать их реальные координаты. Как получить координаты точек наблюдения? До последнего десятилетия путь был только один — находясь на местности, найти свое местоположение на карте и поставить там точку. Соответ­ ственно, для получения координат надо снять их значения с карты и записать в таблицу. Однако в последнее время все поменялось и значительно упростилось с появлением систем спутниковой навигации. За последние несколько лет широкое распространение получила технология GPS (Global Positioning System) — система спутниковой навигации. Вокруг Земли на разных орбитах вращаются спутники этой системы, а сам прибор GPS, размером с сотовый телефон, способен принимать сигналы этих спутников и, анализируя их, определять свои координаты с точностью от 5 метров (бытовые приборы) до нескольких миллиметров (профессиональные высокоточные приборы, используемые в геодезии). Положение человека с прибором отображается на карте, а в случае наиболее современных приемников в GPS можно загрузить с компьютера географическую карту с дорогами, улицами, домами и т. д.

12

Применение геоинформационных систем в геологии

Точки наблюдения, зафиксированные с помощью прибора спутниковой привязки, уже являются компьютерной таблицей, пригодной для использования в геоинформационной системе. Хранение данных. Таким образом, по окончании подготовительного этапа мы имеем несколько наборов данных. 1. Координатно привязанные данные (геологические карты в векторном формате, точки наблюдения с приборов спутниковой привязки, координатно привязанные растровые изображения геологических карт и схем). 2. Табличные, текстовые данные и изображения, не имеющие привязки. Поскольку точки наблюдения имеют уникальный неповторимый идентификатор — номер точки, который также встречается в таблицах химических анализов, текстовых файлах и номерах фотографий, то геоинформационной системе легко связать объекты на карте с соответствующими табличными, текстовыми или графическими данными. Таким образом, при щелчке указателем мыши по объекту на карте мы получаем либо таблицу с расширенной информацией об объекте, либо текст или изображение. Геоинформационная система по умолчанию понимает большое количество графических и табличных форматов, кроме того, если формат данных неизвестен для самой ГИС, она запускает оптимальную программу для обработки файла, определенную в реестре операционной системы. При этом важной особенностью геоинформационных систем является то, что, связывая данные, они связывают их логически, не затрагивая исходные файлы на диске. Такая особенность организации информации обеспечивает автоматическое ее обновление при изменении данных в связанных таблицах и иных документах. Просмотр данных. Любая геоинформационная система обеспечивает очень удобные средства для просмотра данных. На экране карта имеет слоистую организацию — каждая векторная карта, привязанный растр или изображение точек наблюдения представляется отдельным слоем, который можно включить или выключить. Масштаб изображения изменяется в желаемых пределах — от всего земного шара на экране до масштаба 1:1. Поскольку вся информация имеет привязку, то на экране всегда отображаются реальные координаты курсора (долгота и широта), кроме того, есть большое количе­



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии

13

ство инструментов для измерения расстояний, площади, периметров объектов. Векторные данные раскрашиваются в соответствии с условными обозначениями, принятыми в геологии (обозначение цветом и индексами возраста или состава геологических объектов и т. д.). Некоторые ГИС, ориентированные на геологическое применение, самостоятельно производят оформление карт в соответствии с требованиями, принятыми в геологической графике. Кроме просмотра на экране, ГИС представляет широкие возможности по поиску и выборке объектов исходя из табличных данных (например, выбрать все породы девонского возраста, выбрать все граниты, выбрать все точки наблюдения геолога Иванова за 2003 год). Результаты выборки будут подсвечены на экранном изображении. Анализ. Поскольку все карты находятся в единой системе координат, то геоинформационная система является уникальным инструментом для анализа геологической информации. Просто включая и выключая слои карты, геолог может сравнить геологические карты разных поколений и выяснить, как менялась точка зрения на строение территории. Наложив на геологическую карту карты аномалий магнитного и гравитационного поля, можно сделать выводы о глубинном строении территории. Наконец, выводя на экран данные химических анализов по разным элементам, точки оруденения и месторождения полезных ископаемых, можно придти к выводам о закономерностях размещения залежей и предсказать места поисков новых месторождений. Как результат анализа могут быть созданы новые карты (наложением, сложением или вычитанием исходных карт). Печать данных. Кроме представления данных на экране, ГИС обязательно включает в себя элементы издательской картографической системы, которая может компоновать карты необходимых масштабов, генерировать список условных обозначений, масштабные линейки, стрелки севера и т. д. Как правило, предусматривается печать, как на широкоформатных плоттерах, так и на обычных принтерах малого формата с последующей склейкой листов. Трехмерная ГИС — будущее геологии. Геологическая структура трехмерна, т. е., создавая карту, геолог представляет геологические тела и их взаимное расположение в объеме. В традиционных ГИС есть возможность представлять только двухмерную информацию.

14

Применение геоинформационных систем в геологии

Так, например, при обращении к расположению скважины или профиля, пользователь может получить изображение разреза скважины, сейсмического профиля или геологического разреза. Для решения задач представления геологической структуры в объеме существует некоторое количество программ, используемых в нефтегазовой и горнорудной отрасли (рис. 1.3). Эти программы ориентированы именно на объемное представление геологической структуры, которая создается на основании большого массива информации по скважинам, геофизическим профилям и геологиче­ ским разрезам. Эти данные увязываются в единую структуру, по ним строятся поверхности и разрывные нарушения, ограничивающие геологические тела. Геолог получает возможность редактировать положение границ не только в плане, но и в объеме. Такие программы позволяют рассчитать объем нефтяного резервуара или рудного тела, возможное количество нефти, образовавшейся или мигрировавшей в пределах месторождения, определиться с местоположением скважин для добычи нефти, спланировать процесс откачки нефти из месторождения.

Рис. 1.3. Пример трехмерной геологической ГИС – программа Petrel фирмы Schlumberger



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии

15

Долгое время такие программы применялись только крупными компаниями, поскольку вычисления трехмерной структуры с достаточным разрешением требовали суперкомпьютеров, однако в последнее время с ростом вычислительных способностей ПК они станут доступными всем геологам.

Существующие ГИС в геологии В геологии применяются несколько геоинформационных систем, как общераспространенных, так и специализированных. 1. Линейка фирмы ESRI (ArcView, ArcINFO, ArcGIS) — фактически стандарт в области геоинформационных технологий. В нее входят несколько продуктов разных поколений. • ArcExplorer — бесплатная утилита просмотра файлов формата ArcView-INFO. • ArcView 3.* — геоинформационная система, нетребовательна к ресурсам, работает под Win98, имеет простой встроенный язык программирования Avenue, под нее написано огромное количество дополнительных программ (скриптов и расширений), в частности, геологического применения. • ArcGIS 8.*–9.* — геоинформационная система, имеет намного более дружелюбный интерфейс, чем ArcView, большие возможности по оформлению карт (индексы, редактор символов, линий и крапов, стили). Более требовательна к ресурсам (WinXP, желательно 512 Мб оперативной памяти) (рис. 1.4). • ArcINFO — наиболее мощный программный продукт ESRI. До версии 8 достаточно сложен в управлении, с версии 8 имеет общий интерфейс с ArcGIS. Для обычных задач вся мощь этого продукта не требуется, вполне достаточно векториза­ тора с расчетом топологии и ArcGIS с модулями расширения. • ERDAS — программный продукт для работы с растровыми изображениями (изначально АФС), координатной привязки растров, фотограмметрии. Для простых случаев координатной привязки растра вполне достаточно модуля GeoReferen­ cing из ArcGIS.

16

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 1.4. Общий вид ГИС ArcView 3.2(вверху) и ArcGIS 8.3

2. MapINFO — геоинформационная система, аналогичная ArcView. Из некоторых отличий можно отметить то, что объекты разной геометрии могут находиться в одном слое, можно настра-



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии

17

ивать вид для одного объекта вне общей легенды, перестраивать структуру баз данных в процессе работы. MapINFO может импортировать/экспортировать файлы формата ArcView, формат MapINFO (mid+mif) импортируется в ArcView (рис. 1.5.).

Рис. 1.5. Общий вид ГИС MapInfo(вверху) и GeoShaper

18

Применение геоинформационных систем в геологии

3. AutoCAD — система автоматического проектирования фирмы Autodesk. Широко распространена как графический редактор, иногда (например, в инженерной геологии) используется как замена ГИС. Файлы этого редактора (dxf) импортируются в ArcView. 4. ПАРК — геоинформационная система геологического назначения, разработанная фирмой «Ланэко» по заказу МПР РФ. По проекту должна охватывать весь спектр геологических работ — от номенклатуры листов карт до прогноза полезных ископаемых и при этом работать на маломощных компьютерах. Положительная черта программы: в нее включены все геологические стандарты (индексы, крапы, рамки карт), отрицательная — программа сложна в использовании, работает медленно и не всегда стабильно. ПАРК достаточно распространена в производственных объединениях МПР РФ, некоторое количество карт сдано во ВСЕГЕИ при защите отчетов именно в этом формате. Экспортирует данные в форматах dxf-dbf, gen-dbf, внутренний формат ПАРК закрыт и несовместим с обычными ГИС. 5. GeoShaper — векторный графический редактор с возможно­ стями геоинформационной системы, созданный на кафедре МиРПИ ЮРГТУ(НПИ, Новочеркасск). Умеет преобразовывать формат ПАРК в формат ArcView (см. рис. 1.5). 6. АДК — база данных первичной геологической информации, разработана в СпецИКЦ ВСЕГЕИ (СПб.). Обязательна к сдаче вместе­ с электронной версией карты при защите отчета по геологической съемке. В АДК содержится база данных по объектам наблюдения и скважинам (вместе с их координатами), а также формализованное описание геологической легенды карты. Внутренний формат АДК закрытый, данные могут быть экспортированы в формат dbf.

Особенности применения геоинформационных систем в геологии Анализ существующих данных и проектирование оптимальной геоинформационной системы. Перед началом создания геоинформационной системы для геологического использования надо определиться с целью ее использования, объемом и форматом имеющегося материала.



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии

19

Как правило, существуют несколько категорий материала, который может быть использован в геоинформационной системе. От его типа зависит, как он должен быть подготовлен для использования в ГИС. 1. Географическая информация (очертания береговых линий, гидрография, рельеф, населенные пункты, дороги) должна храниться в векторном виде. Можно также использовать координатно привязанные растры. 2. Геологическая карта. Удобнее, когда основная геологиче­ ская карта сделана в векторном виде с атрибутивной информацией в максимально дробном виде (возраст по системам, отделам, ярусам и свитам, литология). 3. Карты геологического содержания (четвертичная геология, полезные ископаемые, гидрогеология и др.) — аналогично, удобнее в векторном виде. 4. Карты фактического материала: точки наблюдения, линии сейсмопрофилей. 5. Структурные карты должны храниться в векторном виде и в виде гридов. 6. Карты геофизических полей следует хранить в векторном виде. 7. Материалы аэро- и космической съемки — растры, которые должны быть координатно привязаны. 8. Карты предшественников и карты из литературных источников. Если требуются только для справки, то можно сохранять как координатно привязанные растры. 9. Информация из точек наблюдения: геологические разрезы, сейсмические профили. Данные могут быть в разных форматах, но если необходимо совмещение текста, графики и фотографий в одной точке, целесообразно создать единый документ в формате pdf. 10. Таблицы химических анализов и палеонтологических определений. Следует привести все таблицы к единой кодировке русского языка. Продумать механизм отношений таблиц с точками наблюдений — нужна связь один к одному или один к многим (т. е. соответствует ли одна точка наблюдения одному анализу или на одну точку их приходится несколько).

20

Применение геоинформационных систем в геологии

От целей использования ГИС также зависят ее настройки и дополнительные свойства: 1) размер выходного листа карты и ее масштаб; 2) наиболее часто используемые скрипты и расширения (например, преобразования точки/полилиния/полигон, экспорт/ импорт данных в определенном формате, преобразования кодировок русского языка). Необходимо определиться с расположением материала на компьютере, поскольку некоторые ГИС содержат ссылки на данные в абсолютных путях, и при переносе с компьютера на компьютер в лучшем случае все пути надо перепрописать. Удобнее, когда местоположение проекта и его компонентов унифицировано для всех создателей ГИС (например, c:\data\map1).

Этапы создания ГИС Этап 1. Разработка структуры и таблиц проекта крайне важна, поскольку плохо продуманная структура проекта и плохо созданные таблицы баз данных создадут в дальнейшем много трудностей и существенно замедлят работу. На этом же этапе надо разработать легенду к геологической карте — систему уникальных идентификаторов подразделений легенды (L_code). Каждому знаку в легенде присваивается уникальный номер (L_code — код легенды). Например, четвертичные отложения — 10, неогеновые — 20, кембрий­ ские — 340, несогласные границы — 550. L_code лучше писать не последовательными числами (1, 2, 3), а с некоторым шагом, чтобы иметь возможность изменять легенду, вставляя новые подразделения между существующими. Следующие 4 этапа создания могут вестись параллельно. Этап 2. Оцифровка картографического материала. При необходимости разделения работы по векторизации как атрибут для оцифровки геологической карты может заполняться только L_code, а полная таблица может создаваться отдельно другим исполнителем с последующим связыванием с атрибутами геологической карты по полю L_code. Этап 3. Привязка растров — пространственная привязка растровых изображений (карт, аэрофотоснимков), которые не нуждаются в векторизации и дополнительной атрибутивной информации.



Глава 1. Геоинформационные системы в геологии

21

Этап 4. Оцифровка и упорядочивание материала первичных наблюдений: записи из полевых дневников должны быть набраны в текстовые файлы, фотографии и рисунки отсканированы, при необходимости собраны в единый документ (например, Adobe PDF). Этап 5. Редактирование табличного материала. Этап 6. Сборка проекта, настройка легенды, создание связей и отношений — этот этап обычно выполняется наиболее опытным специалистом по геоинформационным системам. В конце работы необходимо­ расположить материалы проекта и прописать пути к ним в свойствах проекта так, чтобы не возникало проблем при переносе данных с компьютера на компьютер или при доступе к проекту по локальной сети. Этап 7. Работа в ГИС: редакция, дополнение, анализ данных. Выполняется всеми специалистами, которым необходим ГИС-проект. Следует предусмотреть разные права доступа и защиту от записи для проекта, так, чтобы данные случайно не были уничтожены. Этап 8. Макет выходного листа, экспорт и печать. Макет выходного листа в соответствии с требованиями к карте может собираться непосредственно в ГИС или, после экспорта, в каком-либо более мощном и удобном графическом редакторе. При печати непосред­ ственно из геоинформационной системы обязательно делать проб­ ные отпечатки цветных карт, поскольку цвета на распечатке могут значительно отличаться от цветов на экране в ГИС. Лучше такую работу провести на этапе подбора цветов условных обозначений.

Глава 2

Векторизация геологических карт Принципы хранения графического изображения в компьютере Существуют два принципиально разных формата хранения графического изображения в компьютере — растровое и векторное. Растровое изображение — прямоугольный набор точек, каждая из которых имеет координаты XY и значение цвета. Далее типы растрового изображения отличаются только глубиной цвета и алгоритмом сжатия. Наиболее распространенные типы изображения — BMP, TIF, GIF, JPG, PNG. Преимущества растрового изображения — простота получения: напрямую из сканера или цифрового аппарата. Недостатки — большой размер и невозможность привязать атрибутивную информацию (единственный атрибут — цвет). Кроме того, чтобы изменить такое изображение, надо стереть его часть и нарисовать карту заново. Векторное изображение в простейшем виде представляет собой набор координат точек. Существует три типа геометрических объектов. 1. Точка — описывается парой точек XY. 2. Линия — описывается парами точек x1y1, x2y2... 3. Полигон — описывается парами точек x1y1, x2y2, при этом признаком полигона является то, что координаты последней точки совпадают с координатами первой. Как правило, объекты в векторном изображении имеют уникальный идентификатор. Преимуществами векторного изображения являются малый размер файла, возможность редактирования каждого объекта и связи



Глава 2. Векторизация геологических карт

23

с атрибутивными данными (достаточно в атрибутивной таблице указать идентификатор объекта). Недостатки — векторное изображение надо рисовать или векторизовать из растрового. В геоинформационных системах используется, в основном, векторное изображение с атрибутивной таблицей.

Методы векторизации Векторизация осуществляется двумя путями: с помощью дигитайзера или векторизацией сканированного изображения. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки. 1. Рисование по исходной карте с помощью дигитайзера или графического планшета. • Достоинства: — возможность работы с большими картами без предварительного уменьшения; — векторное изображение создается сразу, без дополнительных этапов сканирования-перерисовки. • Недостатки: — точность карты зависит от аккуратности и опыта оператора дигитайзера; — нет визуального контроля векторизации — движение мыши дигитайзера по карте преобразуется в линию на экране, но неизвестно, насколько точно. 2. Сканирование и векторизация изображения с помощью специальной программы. • Достоинства: — быстро, рутинная работа простановки точек по растру выполняется компьютерной программой; — есть визуальный контроль точности — на экране видно и линию растра, и линию векторного изображения. • Недостатки: — большие карты надо сканировать на большом и дорогом рулонном сканере или склеивать растры; — требуется отрисовка карт на кальку или точное цветоделение.

24

Применение геоинформационных систем в геологии

Типы программ-векторизаторов Можно выделить три типа векторизации. 1. Ручная рисовка по растру. Делается в любом векторном редакторе. Недостатки способа: медленно, нет программной привязки к растру, нет контроля топологии. 2. Автоматическая векторизация. Программы-векторизаторы из графических пакетов Adobe Streamline, Corel Trace. Очень быстро, но получается бессмысленное векторное изображение: программе неизвестно, какая линия является границей, какая — разломом. 3. Полуавтоматические векторизаторы, специально сделанные для использования с геоинформационными системами — Easy Trace, Map Edit. Эти программы оптимальны для создания геологической карты. Оба векторизатора равноценны, но имеют свои сильные и слабые стороны. Автор пользуется обеими программами, иногда совместно. • Easy Trace (Easy Trace Group, Рязань, www.easy-trace.com). Идеально подходит для векторизации карт в изолиниях, прекрасно работает с растрами плохого качества. Очень удобный инструмент полуавтоматической простановки высот. Не очень удобно привязывать карты в географиче­ ских координатах (не прямоугольных). До версии 7 не было расчета полигональных объектов из линейных. • Map Edit (Резидент, Москва, www.resident.ru). Удобнее для работы с большим количеством полигональных объектов (геологические карты). Удобнее привязывать карты в произвольных проекциях (поскольку трансформируется векторное изображение при экспорте).

Подготовка карты для сканирования Как показывает практика, очень сложно или практически невозможно отвекторизовать цветную геологическую карту или даже только выделенный канал черного цвета, поскольку на карте присутствует слишком много линий разных типов: крапов, знаков элементов залегания и т. п., на которые сбивается векторизатор. Один из наиболее простых путей подготовки карты к вектори-



Глава 2. Векторизация геологических карт

25

зации — создать на кальке или лавсане ее копию, где есть только границы и разрывы и (отдельная копия) топография. В этом случае все границы (согласные, несогласные, предполагаемые, фациальные, разрывные) рисуются одной сплошной черной линией, без какихлибо дополнительных значков. Важно, чтобы границы были проведены единой линией, без перечерчивания (линия не должна быть «лохматой») — тогда программа будет векторизовать ее без ошибок. Для карты рельефа и изолиний важно, чтобы значения изолиний были подписаны не в разрывах изолиний, а рядом, в противном случае программа будет пытаться отвекторизовать цифры как линии. Типичные ошибки при отрисовке карт показаны на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Типичные ошибки (левая колонка) и правильная рисовка (правая колонка) при отрисовке карты под векторизацию

Как показывает опыт, один или несколько часов, потраченные на перерисовку карты, с лихвой окупаются за счет повышения скорости при последующей векторизации, и наоборот, небрежно отрисованная и плохо отсканированная карта значительно замедляет процесс векторизации. Пример подготовки карты к векторизации приведен на рисунке 2.2.

26

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 2.2. Исходная геологическая карта, карта рельефа и геологии (ЮЗ часть карты), подготовленные для векторизации



Глава 2. Векторизация геологических карт

27

Сканирование карты Бумажная карта сканируется в черно-белом однобитном режиме (LineArt) с разрешением 300 dpi и сохраняется в формат PCX. При сканировании желательно подобрать яркость под конкретную карту, так, чтобы при увеличении на тонких линиях не появлялось разрывов (как правило, яркость должна быть темнее стандартной настройки), но и не начинала появляться грязь за счет шумов при низкой яркости. Сканирование цветной карты для последующего цветоделения или векторизации по палитре цветов разработчики векторизаторов рекомендуют заказывать профессионалам, поскольку на обычном оборудовании сделать это трудно.

Векторизация геологической карты в программе MapEdit Последовательность работы при векторизации геологической карты. 1. Создание карты. 2. Создание слоев карты и структуры атрибутивных таблиц к ним. Задание умолчаний. 3. Настройка параметров векторизации и вида слоев карты. 4. Векторизация линейных объектов. 5. Расчет топологии, удаление висячих дуг. 6. Расстановка меток полигонов. Поиск и удаление ошибочных полигонов. 7. Координатная привязка карты. 8. Экспорт в формат геоинформационной системы. Создание карты в MapEdit. Перед созданием карты в MapEdit рекомендуется сделать новую директорию, где будет находиться карта. Это связано с тем, что MapEdit генерирует большое количество служебных файлов и, чтобы избежать путаницы, лучше хранить каждую карту в отдель­ ной директории. Выбрать в меню Файл — Новая карта и указать путь и имя новой карты. Старые версии MapEdit (3.5) не принимают названий

28

Применение геоинформационных систем в геологии

директорий, написанных по-русски, а также с пробелами и знаками препинания. Загрузка существующих библиотек. При создании карты MapEdit спрашивает, надо ли подгружать библиотеку. Библиотека — это набор параметров векторизации, отображения и шаблон базы данных. При создании серии однотипных карт библиотека создается один раз и далее только подгружается к новым картам. Подгрузка растра. Файл – Добавить растр в карту. Добавля­ емый растр (рис. 2.3) должен быть правильно ориентирован (MapEdit не умеет поворачивать растры). От предложения сделать координатную привязку растра следует отказаться, это можно сделать на финальной стадии проекта, перед экспортом, так как в этом случае будет трансформироваться уже готовое векторное изображение, а не деформироваться растр.

Рис. 2.3. Общий вид программы с подгруженным растром геологической карты

Создание линейной темы (границы, разрывы). Настройка вида. Настройка параметров векторизации для линейной темы. Добавив растр в проект, надо создать слои и типы объектов в слоях,



Глава 2. Векторизация геологических карт

29

которые будут векторизоваться (например, слой геологических границ с типами объектов «согласные», «несогласные», «фациальные» и т. п.; слой полигональных геологических объектов; слой точечных элементов залегания). Это делается через меню Карта – Настройка, кнопку Настройка карты или сочетание клавиш Alt+N. В левой части формы появляется список слоев карты, в правой — типов объектов в слое (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Настройка слоев карты на примере настройки линейных объектов

Уже имеющиеся служебные слои и слой растров менять нельзя! Слой — это множество объектов одной геометрии. Слой полигонов — геологические объекты, населенные пункты, озера и широкие реки. Слой линий — геологические границы, разрывы, изолинии рельефа. Слой точек — элементы залегания, точки наблюдения, скважины. Типы объектов — один тип объекта соответствует одному кубику в легенде, разные объекты одного типа имеют одинаковую атрибутивную информацию. Например, в слое Геологических объектов выделяются типы: • Q — четвертичные отложения; • N — неогеновые; • Pg — палеогеновые.

30

Применение геоинформационных систем в геологии

В слое Геологических границ типы: • согласные границы; • несогласные границы; • фациальные границы; • предполагаемые границы. При добавлении нового типа (кнопки под правым списком) надо обращать внимание на его геометрию (полигон, линия или точка). Для каждого типа надо задать его Вид (не черная и не белая линия, которых не будет видно на черно-белом растре). Для линейных объектов надо задать параметры векторизации (Трассировка, рис. 2.5). Цвет векторизации — это цвет линий на растре, т. е. черный, если растр черно-белый, или выбрать пробником цвет при цветном растре.

Рис. 2.5. Настройка параметров трассировки

Скорость векторизации устанавливается в зависимости от навыков пользователя, для начинающих обычно 70 %. На участках, где линия разветвляется, указатель векторизатора останавливается и ждет указания правильного направления линии, если; указания не поступает, то выбирает направление, предпочтительное для векто­ ризатора. Задержка — это время такого ожидания, лучше установить на несколько секунд. Для каждого слоя надо задать структуру Типа данных (типы и размеры полей атрибутивной таблицы), а для каждого типа данных — данные по умолчанию (рис. 2.6).



Глава 2. Векторизация геологических карт

31

Рис. 2.6. Соотношение слой, структура данных, данные типа

В структуру типа данных обязательно входит поле L_code! Далее структура данных зависит от конкретного слоя (рис. 2.7). В отличие от обычных баз данных, строковое поле в MapEdit не может иметь длину более 80 символов.

Рис. 2.7. Структура данных для слоя геологических объектов

32

Применение геоинформационных систем в геологии

Примеры структуры типов данных для разных слоев геологической карты. Слой геологические границы L_code numeric. Type_boundary string — название типа границы словами. Слой геологические объекты L_code numeric. System string — система. Stage string — отдел. Age string — ярус. Formation string — свита. Lithology string — литология слоя. Index3 string — индекс для ArcView3. Index8 string — индекс для ArcGIS8. Слой изолинии Value numeric — значение изолинии. L_code numeric. Обратите внимание на порядок полей в этом слое: поле Value должно стоять первым, тогда при векторизации проще вводить значения изолиний. Слой элементы залегания L_code numeric. Azimuth numeric — азимут падения. Angle numeric — угол падения. Type string — тип элемента залегания. Структура типов данных может меняться в зависимости от конкретной карты. После того как задана структура типов данных, ее лучше не изменять и кнопку типы данных не трогать! Далее для каждого типа данных надо задать умолчания (соб­ ственно атрибутивную информацию). Для этого следует нажать кнопку Данные типа и, последовательно выбирая поле данных, заполнить значения умолчаний (рис. 2.8).



Глава 2. Векторизация геологических карт

33

Рис. 2.8. Заполнение умолчаний для данных типа Табл. 2.1. Управляющие символы и примеры написания геологических индексов для случая ArcView 3.2 и ArcGIS 8. Тип индекса

Вид индекса

Управляющие символы ArcView 3.2

Управляющие символы ArcGIS 8

Нижний индекс

J3

J[3]

J3

Верхний индекс

C11

C[1](1)

C11

Курсив

K1iv

K[1]

K1iv

Греческий символ

γK2

гK[2]

γK2

Перед началом векторизации надо выбрать тип объекта (рис. 2.9) в пункте меню Объект – Тип объекта или сочетанием клавиш Alt+X. При векторизации всегда нужно обращать внимание на тип объекта, который высвечивается в статусной строке.

Рис. 2.9. Выбор типа объекта

34

Применение геоинформационных систем в геологии

Ручная векторизация и редакция (рамка). Для ручной векторизации надо выбрать тип объекта, инструмент Ручная трассировка (кнопка Карандаш) и Привязку к растру. Проставляем 4 точки рамки, неправильно проставленные точки можно передвинуть с помощью инструмента Редактирование (кнопка Знак вопроса) или зажав кнопку Shift. Окончательно ввод объекта подтверждается нажатием кнопки Enter. Полуавтоматическая векторизация и редакция (геология). Для полуавтоматической векторизации надо выбрать тип объекта, инструмент Автоматическая трассировка и Привязку к растру. Выбирается первая точка линии, вторая и далее векторизатор начинает создание линии автоматически. На развилках линий (рис. 2.10), где векторизатору неясно, какое направление является правильным, курсор останавливается, меняет цвет и мигает, ожидая указания от оператора, в какую сторону векторизовать дальше. Левая кнопка подтверждает выбор программы, правая — отказ от него.

Рис. 2.10. Остановка трассировки на сложном участке (на время задержки)

Ввод линии подтверждается клавишей Enter, в противном случае, при векторизации нового объекта, он соединится линией с концом старого.



Глава 2. Векторизация геологических карт

35

При векторизации геологических границ целесообразно делать это заведомо с перехлестом, т. е.начинать границу до линии пересечения и заканчивать за ней, оставляя в начале и конце отрезка висячие концы. Это нужно делать, потому что программа при расчете топологии легко отсекает висячие дуги, но не всегда правильно дотягивает дугу до линии пересечения. Ошибочная линия уничтожается по точкам нажатием кнопки Tab — от последней точки к первой. Движение векторизатора останавливается любой кнопкой или правой кнопкой мыши. На сложных участках можно ненадолго перейти к ручной рисовке, зажав кнопку Ctrl. Неверно отрисованные участки можно исправить по узлам, перейдя на время в режим редактирования, зажав кнопку Shift. При векторизации необходимо, чтобы все линии векторизовались в едином направлении. Принято, чтобы все дополнительные элементы линий (бергштрихи, наклон разломов, точки у несогласных границ со стороны молодых отложений) находились по ходу векторизации справа. Соответственно, изолинии большего значения должны быть слева, а молодые образования — справа. Направление линии можно проконтролировать (Вид – Направление линии) или сменить (Объекты – Сменить направление) (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Контроль направления линий при векторизации

36

Применение геоинформационных систем в геологии

Заполнение таблиц данных при векторизации (изолинии). При векторизации изолиний надо включить опцию Данные – Редактировать данные. Тогда по окончании векторизации и нажатию клавиши Enter появляется таблица с атрибутами линии, куда надо внести значение изолинии (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Заполнение значения изолинии при векторизации

Расчет топологии. Отсечение висячих дуг. Поиск висячих дуг. Под топологией в геоинформационных системах понимается взаимное расположение объектов в пространстве. При этом исключаются следующие ошибки (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Топологические ошибки: недоввод (слева), перехлест (в центре сверху), осколочный полигон (справа внизу)



Глава 2. Векторизация геологических карт

37

• Перехлест — висячая дуга, проходящая дальше точки пересечения линий. • Недоввод — висячая дуга, не доходящая до точки пересечения линий. • Полигон без метки — полигональный объект с атрибутами без метки, или в котором более одной метки. • Осколочный полигон — маленький, до первых десятков пикселей полигон, которого не должно быть на карте, образующийся при пересечении небрежно нарисованных линий. Топология рассчитывается выбором пункта меню Карта – Топология. В форме расчета (рис. 2.14) надо отметить топологиче­ ские ошибки, которые надо исправлять (пересечения, недовводы, перехлесты, схлопывание полигона). Лучше анализировать только пересечения, а недовводы и перехлесты исправлять в полуавтоматическом режиме. После расчета топологии программа сообщает о количестве объектов карты: дуг, висячих дуг, полигонов, неопределенных полигонов.

Рис. 2.14. Форма построения топологии

Далее надо отсечь висячие дуги (Карта – Отсечь висячую дугу), указав их максимальный размер в пикселях. Программа находит дугу и предлагает отсечь. Если это необходимо. следует нажать ОК или Enter, программа перейдет к поиску следующей висячей дуги. В правильно сделанной геологической карте висячими дугами явля-

38

Применение геоинформационных систем в геологии

ются только разломы. Недотянутые висячие дуги лучше дотягивать вручную, поскольку автоматически они подтягиваются по кратчайшему пути, что искажает геологические границы (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Искажение геологической границы при подтягивании висячей дуги



Глава 2. Векторизация геологических карт

39

Мелкие осколочные полигоны можно схлопнуть автоматически (Карта – Схлопнуть полигон, указать размер), но лучше устранить их причину — небрежно проведенные линии. Расстановка меток полигонов. После того как устранены все ошибки в топологии, надо расставить метки полигонов (рис. 2.16). Для этого выбираем тип объекта (Объекты – Тип объекта или Alt+X), режим Метка полигона в меню Карта, инструмент Ручного рисования и расставляем по одной метке в каждый полигон (замкнутый контур выхода геологического тела на поверхность).

Рис. 2.16. Геологическая карта с метками полигонов

Полигоны, в которые не проставлены метки, можно найти, уста­новив фильтр Полигоны без меток (Карта – Фильтр – Полигон без меток) и выбрав пункт меню Карта – Следующий полигон (рис. 2.17). Когда все метки проставлены, надо еще раз рассчитать топологию и устранить ошибки, и так до тех пор, пока не останется неопределенных полигонов. Получив карту с их правильной расстановкой, надо преобразовать объекты в покрытие (Карта – Покрытие в объекты). При этом создается топологически верное покрытие (рис. 2.18).

40

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 2.17. Результат поиска полигона с фильтром. Без метки –неопределенный полигон

Рис. 2.18. Геологическая карта с рассчитанным покрытием



Глава 2. Векторизация геологических карт

41

Привязка карты. Ошибка привязки. На готовой карте надо сначала указать систему координат (Карта – Система координат, рис. 2.19), затем расставить картографические реперы (Карта – Картографические реперы).

Рис. 2.19. Настройка системы координат для привязки

Необходимо расставить не менее четырех картографических реперов (рис. 2.20), лучше больше, причем равномерно по площади карты (например, в узлах градусной сетки). Репер сначала ставится, затем принимается к редакции, и в таблицу заносятся его реальные координаты.

Рис. 2.20. Расстановка картографических реперов

42

Применение геоинформационных систем в геологии

После ввода четырех реперов появляется ошибка привязки, как суммарная, так и по каждой точке в отдельности. Точки с наи­ большей ошибкой надо исправить или удалить. Более подробно о привязке карт и картографических проекциях можно прочитать в главе, посвященной определению и преобразованию проекций. После привязки карты топологию надо просчитать еще раз, так как изменилась система координат. Экспорт. Параметры экспорта. Полученную карту надо экспортировать (рис. 2.21). Выбирается тип геоинформационной системы, тип экспорта (Покрытие для геологической карты), способ формирования имени файла и обязательно проставляются Реальные координаты. Файл экспорта будет находиться в той же директории, что и файлы проекта MapEdit.

Рис. 2.21. Параметры экспорта геологической карты в ArcView

Глава 3

Геоинформационная система ArcView 3.2. Начало работы Программа ArcView 3.2 находится в группе программ ESRI. При открытии предлагается 3 варианта: создать проект с новым видом, создать пустой проект или открыть уже существующий. При выборе первого варианта программа предлагает сразу подгрузить данные в новый вид, однако это действие можно отложить. Основной документ ArcView называется проектом (Project, рис. 3.1) и имеет расширение .apr (ArcView Project). Внутри одного проекта могут находить разнородные данные: виды (Views), таблицы (Tables), диаграммы (Charts), компоновки (Layouts) и скрипты (Scripts). Выйти в окно проекта можно через пункт меню Окно (Window), а из него создавать или открывать те или иные окна. Между уже открытыми элементами проекта также можно перемещаться через Окно. Проект — это текстовый файл, в котором хранятся настройки оформления и расположения файлов геоинформационной системы. При переносе проектов и данных с компьютера на компьютер и их открытии могут возникнуть проблемы с несуществующими путями. Наиболее простой способ решения этой проблемы — заменить пути к файлом операцией автозамены в файле проекта *.apr. Виды — это разнообразные карты; так, например, геологическая, геоморфологическая и карта фактического материала могут представлять собой отдельные виды (рис. 3.2).

44

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 3.1.Общий вид проекта

Рис. 3.2. Вид карты



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

45

Таблицы могут быть атрибутивными (в них прописана атрибутивная информация по каждому объекту на карте) и любыми иными, то есть в проект можно добавлять таблицы с координатами точек наблюдения, данными силикатных анализов и пр. Они имеют расширение­ .dbf и могут быть в таком виде сохранены из Excel. Диаграммы можно также сохранять в проекте. Компоновка представляет собой лист, подготовленный к печати, в котором добавлены те или иные данные из проекта. Скрипты — это небольшие программы, созданные для того, чтобы решать локальные задачи в пределах ArcView. Программы написаны на языке Авеню, он прост, и при необходимости можно написать скрипт практически под любую задачу, решение которой не является обычным для программы. Примеры скриптов есть в пункте меню Справка (Help), также уже написанные скрипты можно найти на сайте ESRI (www.esri.com). При некоторых операциях программа может работать нестабильно, может «зависнуть» сторонняя программа — скрипт, поэтому важно сразу сохранять как проект в целом, так и его составные части (темы и легенды к ним, таблицы). По умолчанию ArcView предлагает сохранить проект в директории C:\temp под названием proj1. apr. Очень важно сохранить проект в свою директорию и под осмыс­ ленным именем (например, по номеру карты — map13.apr). В противном случае велика вероятность того, что другой пользователь Вашего компьютера также сохранит свой проект в ту же директорию под тем же именем и, перезаписав поверх уже существующего proj1. apr свой проект, уничтожит существующий. В этом случае данные никак не восстанавливаются, и есть значительный шанс потерять всю сделанную работу. Удобнее создать отдельную папку для всех документов, которые необходимы для работы в ArcView, и там же сохранить проект. В меню, помимо обычных пунктов Открыть (Open), Создать (New), Сохранить (Save) проект и пр., существуют следующие специфические. • File – Extensions… — это набор небольших программ, которые обеспечивают дополнительные для ArcView функции, например, поддержка растровых изображений, построение легенд, расстановки индексов и пр. Эти файлы имеют расширения

46

Применение геоинформационных систем в геологии

.avx, и для того, чтобы модуль появился в списке Extensions, необходимо положить файл в системную папку C:\ESRI\ AV_GIS30\ARCVIEW\EXT32. • Project – Properties… — пункт меню, в котором прописываются свойства Проекта. • Window – Show Symbol Window — Окно символов. Через него ведется все управление текстом, графикой и всеми остальными символами, т. е. для изменения типа значка, цвета и ширины линии или размера шрифта необходимо вызвать именно это окно. Итак, создаем новый Вид (View). В окне Вида есть 2 строки кнопок: верхняя — панель кнопок, нижняя — панель инструментов. Из всех существующих практически единственная кнопка, которая является активной в начале работы с видом — «+» — Добавить данные (Add Theme). Удобнее, однако, еще до добавления данных настроить Рабочую директорию (File – Set Working Directory…), то есть прописать путь к той папке, в которой сохранен проект и лежат все данные для ArcView. Важно не ошибиться в правописании, поэтому удобнее всего скопировать путь к папке, например, из адресной строки программы Проводник. После настройки пути нажимаем кнопочку «+, и программа открывает окно рабочей директории. В левой части таблички появится список из всех тем, которые есть в папке, выделяем­ все нужные и добавляем в проект. Итак, в левой части Вида (таблице ссылок, Table of Contents, TOC) появились Темы (Themes). Каждая Тема отвечает отдельному слою в программе MapEdit, т. е. в нашем случае должны быть, как минимум, тема полигональных объектов (геологических тел), линейных объектов (границ и разломов), географии (изолиний) и, возможно­, точечные темы элементов залегания. Тема может быть: • активна/неактивна — активная тема как бы приподнята над остальными; • видима/невидима — определяется по наличию галочки в маленьком квадратике; • редактируема/нередактируема — маленький квадратик редактируемой темы обведен пунктирной линией.



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

47

Последовательность расположения тем в таблице ссылок важна, т. е. расположенная сверху может перекрыть объекты нижележащей. Перемещаются темы простым перетаскиванием. Рассмотрим теперь строки инструментов и кнопок (рис. 3.3). Кнопки на верхней панели выполняют какой-либо действие в ответ на одинарное нажатие левой кнопкой мыши, на нижней таким способом определенный инструмент берется «в руки» для последующих операций.

Рис. 3.3. Панели кнопок и инструментов в окне Вид

Панель кнопок (слева направо, см. рис. 3.3): 1) сохранить проект; 2) добавить данные; 3) вывести свойства Темы; 4) редактировать легенду; 5) показать таблицу 6–8) блок кнопок, отвечающих за поиск; 9–14) блок кнопок, отвечающих за масштаб: 9) масштаб, при котором отображаются все элементы вида; 10) отображает все элементы только активной темы; 11) показывает только выделенный объект; 12–13) уменьшение и увеличение масштаба на фиксированный шаг; 14) возврат к предыдущему масштабу; 15) позволяет выделить элемент на карте с помощью графики, то есть нарисовать, например, круг радиусом 3 км в центре города­ и посмотреть, какие дома и улицы в него попадут; 16) снять выделение; 17) справка.

48

Применение геоинформационных систем в геологии

Панель инструментов (слева направо, см. рис. 3.3): 1) идентификатор – при нажатии на объект на карте появляется табличка с его атрибутивными данными; 2) указатель; 3) редактор узелков; 4) инструмент для выделения объекта; 5–6) уменьшение/величение масштаба; 7) «лапа», инструмент панорамирование для продвижения по карте; 8) измеритель длины — с помощью него можно измерять длину отдельных объектов или их последовательности (в нижней части окна появляется запись об общей длине линии и длине отдельного сегмента); 9–11) инструменты, отвечающие за связь проекта с другими документами, работой с индексами и графикой будут рассмотрены в следующих главах. Отдельным элементом меню является строка масштаба и данные о положении курсора. Для того чтобы в этих окошечках отображался реальный масштаб, необходимо прописать единицы измерения длин и координат в свойствах вида. Важно не путать свойства Проекта (см. выше), Вида и Темы. В свойствах Вида (View – Properties…, рис. 3.4) необходимо прописать вместо безликого View1 реальное название, лучше поанглийски или в транскрипции (так как иногда возникают проблемы с отображением русских шрифтов в заголовке окна вида), можно отметить автора, создавшего этот вид. Самым же важным здесь является установка единиц измерения на карте (зависит от того, как была привязана карта — в прямоугольной системе в метрах или в геодезической в градусах) и единицы измерения расстояний. Здесь же устанавливается тип проекции. ArcView не так чувствителен к проекции, как ArcGis8, и более подробно этот вопрос рассмотрен при описании более новой версии системы. В левой части таблицы Свойства темы (Theme – Properties…) отражен набор пунктов, большинство из которых будут рассмотрены в следующих главах. На закладке же Определений (Definition) прописаны название темы (его можно поменять на более удобное), ее месторасположение на компьютере и пр.



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

49

Рис. 3.4. Окно Свойства Вида

Легенда Итак, все необходимые подготовительные действия проделаны, и можно приступать к работе непосредственно с картой. Начнем с того, что раскрасим все элементы в нужные цвета, поскольку по умолчанию программа закрашивает все одним цветом. Это делается в Легенде (Legend) к Теме (двойной щелчок левой кнопкой мыши на теме или кнопка Редактировать Легенду (Edit Legend) в верхней строке). Возможны несколько вариантов типов Легенды (рис. 3.5). 1. Single Symbol — когда для всех объектов одного слоя нужен один тип рисовки; этот тип легенды может быть применен к теме изолиний. 2. Graduated Color — задает градиентную заливку в зависимости от значений в определенном поле; используется при отрисовке карты магнитных либо гравитационных аномалий, или рельефа на физической карте.

50

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 3.5. Редактор легенды

3. Unique Value — для каждого уникального значения (кубика легенды) можно использовать уникальный цвет. В случае геологии (тема геологических границ и геологических объектов) в качестве уникального значения необходимо использовать поле L_code, поскольку при применении данных из любого другого поля (например, поля Индекса) вероятность ошибиться в написании гораздо выше. 4. Dot — отображение густотой точек по тому или иному численному параметру; обычно используется в географии для карт плотности населения. 5. Chart — отображает тот или иной параметр с построением разного типа диаграмм на карте. Также гораздо шире используется в географии, на геологических же картах такой тип легенды можно использовать для построения небольших колонок (например, для рисовки скважин).



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

51

Рассмотрим подробнее возможности Легенды на примере темы геологических объектов. По полю L_code мы выделяем типы отдель­ ных кубиков легенды, но для удобства в поле Label прописываем более привычные для нас идентификаторы для каждого типа (например, индекс). Эти данные будут отражаться в левой части карты в списке тем. По двойному щелчку левой кнопкой мыши на кубике легенды появляется Окно Символов. Здесь есть несколько закладок (рис. 3.6):

Рис. 3.6. Окно Символов

1. Тип заливки — здесь отражается степень заливки в процентах. Первый кубик — заливки нет, второй — заливка 100 % цветом, далее заливки градациями цвета (90 %, 80 %) и крапами. На этой закладке необходимо снять внешнюю границу для полигонов. Это особо важно в том случае, когда на карте есть фациальные границы: если не снять внешнюю обводку для полигонов, то поверх фациальной точечной будет отрисована сплошная граница полигона, и смысл будет утерян.

52

Применение геоинформационных систем в геологии 2. Линии — отражается их тип, ширина и пр. 3. Типы значков — важная закладка для точечных тем. По умолчанию на этой закладке отражаются значки отнюдь не всех шрифтов, и если нужен какой-то дополнительный, то его можно добавить, перейдя на закладку Шрифт, выбрав нужный и нажав кнопочку Create Markers. Так, для простановки элементов залегания на карте необходимо добавить значки шрифта ESRI Geology. 4. Шрифты — типы и размер. 5. Цвета: подложки (background), верхнего (foreground), шрифта и обводки. 6. С помощью последней закладки можно добавлять новые Палетки — наборы символов, находящиеся в C:\ESRI\AV_ GIS30\ARCVIEW\symbols. Например, палетка geology.avp добавит точечные символы и линейные объекты, используемые на геологических картах.

Редакция тем В ArcView можно редактировать любой объект: изменять границы полигонов и линии, создавать новые объекты и пр. В этом смысле ArcView похож на любой другой векторный редактор. Однако авторы считают, что очень важно подготовить данные таким образом, чтобы не было необходимости что-то изменять в ArcView. Чем тщательнее подготовлены исходные данные и чем лучше отвекторизована карта, тем проще работать в ГИС, а инструменты редакции мы не рекомендуем использовать без крайней необходимости. Но если что-то все же нужно изменить в пределах темы (а редактор может работать только с одной темой одновременно), необходимо начать ее редактировать (Theme – Start Editing). Ручная редакция. В этом режиме можно передвигать, масшта­ бировать объекты и линии, изменять положение отдельных точек и пр. Основной проблемой является то, что при изменении объекта в данном режиме мы не меняем соседний. На границе объектов появляется либо пустота (может быть не видна на экране, но наверняка будет видна на печати), либо перекрытие. В последнем случае получается топологически неверное соотношение: одна и та же область имеет атрибуты двух разных объектов. Если Вы все же выбрали этот



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

53

тип редакции, то необходимо слегка перетягивать объекты друг на друга, а после использовать команду вырезать (Subtract Features в меню Edit при одновременном выделении обоих объектов). Ответственным моментом при редакции является удаление отдельных узелков (при работе редактором узлов, третья кнопка на панели инструментов). Для этого необходимо навести курсор на линию (он приобретет вид крестика), а затем нажать Delete на клавиатуре. При добавлении узелков курсор принимает вид крестика в кружочке, после этого следует нажать левую кнопку мыши. В том случае, если в процессе редактирования было допущено много ошибок, можно прекратить редактирование темы (Theme – Stop Editing) без сохранения или сохранить измененную тему отдель­ но (Theme – Save Edits as…). Топологическое редактирование. Этот тип редактирования решает одну принципиальную задачу — при передвижении границ объектов соседние границы передвигаются вместе. Для входа в этот режим необходимо навести курсор на совместную границу (он приобретет вид крестика) и щелкнуть левой кнопкой мыши. Важно помнить, что ни один объект из тех, границы которых Вы планируете редактировать, не должен быть выделен. Необходимо отметить также, что даже при топологическом редактировании необходимо изменять объекты как минимум двух тем: геологических объектов и геологических границ.

Работа с графикой Графика — это вид данных, для которых не существует атрибутивных таблиц. Она не сохраняется отдельной темой, а только в проекте и в другой ее перенести нельзя. Графика редактируется только в том случае, если ни одна из тем не редактируема. В этом случае можно создавать графические объекты (точки, линии, полигоны, подписи), перемещать, вращать, менять их тип, цвет и размеры. Это может использоваться при необходимости отрисовать поселок на карте, подписать речку и пр. Графические объекты привязываются к тому масштабу, который задан на карте, поэтому работать с графикой можно только на карте с заданным масштабом. При изменении масштаба графические объекты изменяют свое относительное положение и размер и смещаются относительно векторных данных.

54

Применение геоинформационных систем в геологии

Графика может быть прикреплена к теме (Graphics – Attach Graphics) для того, например, чтобы индексы на теме геологической карты становились невидимыми вместе с самой темой.

Расстановка индексов Штатные индексы. Индексы — это тоже элемент графики. В ArcView есть инструмент штатных индексов (кнопка Label в строке инструментов), который в нашем учебном примере можно использовать для подписи высот на изолиниях или угла элементов залегания. Для этого в Свойствах темы (Theme – Properties) нужно выбрать поле данных для индексов и их положение. Для линейных объектов (рис. 3.7) программа предлагает выбрать положение индекса относительно линии (на линии, под или над ней) и относительно ее длины (перед, после, в начале, в конце или в середине линии). Для полигональных и точечных тем также можно выбрать положение индекса: для точечных — непосредственно на объекте или рядом, для полигональных — относительно точки предположительного положения индекса (щелчка левой кнопкой мыши). Для последних удобнее выбирать положение индекса по центру, для линейных (горизонталей рельефа) — в центре или начале линии, непосредственно на ней, для точечных (элементы залегания) — рядом с объектом.

Рис. 3.7. Окно Свойства темы



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

55

Индекс ставится шрифтом того начертания и размера, который установлен в Окне символов. Можно использовать инструмент автоматической расстановки индексов (Theme – Auto-label…). Здесь необходимо указать поле индекса, а также отметить его положение: использовать параметры, прописанные в свойствах темы (рекомендуется) или позволить программе самостоятельно выбирать место. Если индексы были расставлены неверно, нужно изменить их цвет или размер, то можно удалить все индексы сразу (Theme – Remove Labels), изменить их параметры (Window – Show Symbol Window) и повторить попытку. Геологические индексы. Расстановка геологических индексов отсутствует в штатном наборе команд ArcView, поэтому обычно используют отдельные скрипты. В нашем курсе мы используем программу Утилиты для геологических карт (Utilities for Geological Maps) ФГУП КрасноярскГеолСъемка. Этот дополнительный модуль находится в списке Extensions меню File, где нужно его подключить, проставив напротив названия галочку. Нужно также прописать и все необходимые параметры в свойствах темы. После подключения модуля на панели инструментов появляется дополнительная кнопка, отвечающая за расстановку геологиче­ ских индексов. Здесь в выпадающем списке можно выбрать обычный индекс (Ind) или индекс с выноской для мелких объектов (Ind со стрелкой). При щелчке левой кнопкой мыши на карте программа просит подтвердить простановку геологического индекса, после подтверждения он появляется на карте. Если нам нужно проставить индекс с выноской на мелком объекте, то программа не всегда понимает, для какого именно объекта это требуется, и прописывает несколько. В этом случае можно выбрать более крупный объект такого же типа, сделать индекс с выноской для него, а затем просто перенести индекс к нужному объекту. Важно отметить, что размер геологических индексов в этом случае изменять нельзя, и соотношение размера букв и объектов на карте можно корректировать лишь масштабом. При этом нужно выбрать некий определенный масштаб, желательно стандартный, и проставлять все индексы именно в нем, иначе размер букв будет разный. Обычно на экране размер индексов кажется маленьким, в используемом модуле они оптимизированы под карты масштаба 1:200 000.

56

Применение геоинформационных систем в геологии

Таблицы Таблицы — это один из важнейших элементов геоинформационных систем, их наличие является основным отличием ГИС от векторных редакторов. В проект помимо атрибутивных таблиц, в которых записана информация о каждом объекте каждого слоя, могут­ быть добавлены любые другие таблицы, например, содержащие данные анализов, координаты с приборов спутниковой привязки и любые другие. Атрибутивные таблицы вставляются в проект автоматически при добавлении слоя. Они интерактивно связаны с элементами на карте: выделенные объекты в таблице выделяются и на карте. Список атрибутивных таблиц отражается в окне проекта (рис. 3.8). Здесь же можно создать (New) или добавить (Add) таблицу (ArcView импортирует таблицы в формате .dbf). Можно импортировать таблицы и напрямую из Microsoft Excel с помощью макроса xls2tbl.ave.

Рис. 3.8. Список таблиц в виде Проекта



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

57

Для изменения таблицы необходимо начать ее редактирование (Table – Start Editing). В редактируемой таблице можно добавить и удалить поле (Edit – Add Field, Delete Field), добавить и удалить записи (Edit – Add Record, Delete Records). ArcView поддерживает следующие типы полей (рис. 3.9):

Рис. 3.9. Возможные типы полей таблицы

• Number (числовое); в том случае, если пользователь создает не целочисленное поле, необходимо проставить число десятичных знаков (Decimal Places); • String (текстовое); • Boolean (поле для логических переменных); • Date (поле даты). Для каждого из них нужно прописать название (Name) и длину (Width). Названия полей должны набираться в английской транскрипции, длина названия — не более 8 символов.

58

Применение геоинформационных систем в геологии

Существуют два мощных инструмента работы с таблицами — конструктор запросов и калькулятор, рассмотрим их наиболее подробно. Конструктор запросов (Query Builder). Этот инструмент используется для выделения записей по какому-то признаку или набору признаков, для его вызова служит кнопка с изображением молотка на верхней строке панели инструментов. Этим инструментом (рис. 3.10) можно создавать выражения по точному равенству, логические и пр. Левое поле в таблице запроса соответствует названию полей таблицы (Fields), правое — их значениям (Values), в центральной части — операторам.

Рис. 3.10. Окно Конструктора запросов

Помимо запросов по точному равенству и прочим математиче­ ским выражениям есть возможность создания запросов с использованием логических переменных “и” (and), “или” (or) и “не” (not). Так, например, для выбора всех песчаников юрского возраста запрос будет выглядеть следующим образом: ([Systema] = “Юрская”) and ([Sostav] = “песчаники”). Созданное выражение запроса может быть применимо для создания новой выборки (New Set), для добавления к уже суще­ ствующей выборке (Add To Set) или для выбора из выборки (Select



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

59

From Set). При написании сложных выражений можно пользоваться либо этими кнопками, либо описанными выше логическими выражениями. Калькулятор. Калькулятор — это инструмент для заполнения ячеек. Как и многие другие инструменты в ArcView, он работает только с выделенными строками, и если нужно заполнить поле для всех записей, то должны быть выделены либо все строки, либо ни одной. Калькулятор работает только с редактируемыми таблицами, при этом для того, чтобы он стал активен, одно из полей долж­ но быть выделено (нажать на заголовок поля). Левая часть выражения в калькуляторе­ уже прописана — это выделенное поле (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Окно Калькулятора

При работе с калькулятором можно использовать много разных операторов — от точного равенства, когда нужно присвоить значениям одного поля точные значения другого (например, [L_code_new]=[L_code]) до сложных выражений с использованием разных операторов. Подробно о каждом операторе можно прочесть в Справке программы, для этого в строке поиска нужно набрать выражение Поля (fields) и в списке выбрать пункт Вычисления значений (Calculating

60

Применение геоинформационных систем в геологии

values). В этой главе мы опишем лишь самые распространенные из операторов (табл. 1), правила их синтаксического использования можно также узнать в Справке. Для текстовых полей выражение должно быть в двойных кавычках. Таблица 3.1. Операторы калькулятора полей Оператор

Действие

Синтаксис и примеры

Результат

Операторы для числовых полей AsString

Конвертирует числовое поле в текстовое

[zip_code].AsString

Данные поля [zip_code] в текстовом виде

mod

Выдает остаток от целочисленного деления

[vysota] mod 5

3

Прописывает в поле номер записи

rec

rec

Поле vysota содержит значение 15 17

Номер записи 17

Операторы для текстовых полей +

++

AsNumber

Связывает строковые переменные

[systema]+”система”

Связывает строковые переменные с пробелом между ними

[systema]++”система”

Конвертирует текстовое поле в числовое

[zip_code].AsNumber

Поле система содержит значение «Юрская» Поле система содержит значение «Юрская»

Юрская система

Юрская система

Данные поля [zip_code] в цифровом виде



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2. Оператор Left

Middle

Right

Proper

Substitute

Действие

Синтаксис и примеры

Вырезает N символов из текстовой строки слева

[Sistema].Left(2)

Вырезает N символов из текстовой строки в центре

[Sistema].Middle(2)

Вырезает N символов из текстовой строки справа

[Sistema]. Right (2)

Делает первую букву заглавной, работает только в английском языке

[Sistema]. Proper

Заменяет значение полей

[Systema].Substi­tute («Юрская», «Юра»)

61

Результат Юр

Поле система содержит значение «Юрская» ск

Поле система содержит значение «Юрская» ая

Поле система содержит значение «Юрская» Triassic

Поле система содержит значение “triassic” Юра

Поле содержит значение «Юрская» Операторы для поля Shape Flip

Меняет направление линии

GetX, GetY

Определяет координаты по оси Х/Y, применяется к полю Shape.

Продолжение 

62

Применение геоинформационных систем в геологии

Таблица 3.1. (продолжение) Оператор ReturnLength, ReturnArea

Действие Определяет длину, площадь или периметр объекта

Синтаксис и примеры

Результат

[Shape].ReturnLength

Длина, периметр или площадь объекта

[Shape]. ReturnArea

Необходимо также отметить один важный момент: если в выражении допущена синтаксическая ошибка (пропущена скобка и пр.), то программа выдает сообщение “Syntax Error” и обнуляет поле калькулятора. Если выражение достаточно сложное, скопируйте его в буфер перед запуском вычисления. Построение диаграмм. ArcView позволяет строить диаграммы с помощью мастера работы с диаграммами (рис. 3.12), для его вызова есть кнопка на панели инструментов. Здесь надо добавить поля, значения которых должны быть отображены на диаграмме, а также назвать ее (прописать название в поле Name). Диаграмма строится по выделенным записям, при чем ArcView ограничен не более чем по 50 элементам; если в таблице данных больше, то программа выдает ошибку — Too much data. Please select fewer rows. Можно выделить меньшее количество строк и повторить построение диаграммы. Таким образом, на ней отражаются только выделенные объекты, причем их можно выделять не только в таблице, но и на карте. На панели инструментов (рис. 3.13) можно выбрать тип диа­ граммы (точечные, столбчатые, круговые и пр.), посмотреть ее свойства (Chart Properties), стереть точку или группу точек (Erase, Erase with Polygon), отредактировать (Chart Element Properties) или изменить цвет отдельных элементов (Chart Color). Обычная точечная диаграмма называется Scatter. При щелчке на фигуративной точке анализа инструментом Identify программа выдает атрибутивные данные для объекта. В целом же надо отметить, что мастер построения диаграмм в ArcView — это скорее хороший инструмент для быстрого просмотра данных, чем мощный оператор для работы с ними. Если в проекте есть диаграмма, то программа начинает работать менее стабильно, и мы рекомендуем удалять этот объект после просмотра данных.



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

63

Рис. 3.12. Мастер построения диаграмм

Рис. 3.13. Панель инструментов в окне Диаграммы

Связывание и объединение таблиц. Объединение таблиц (Table – Join) создает связь типа 1:1, когда для каждой записи первой таблицы добавляется одна запись из второй. Для объединения двух таблиц необходимо, чтобы вторая таблица была нередактируема, и в них обеих должно быть выделено поле, по которому будет производиться объединение, причем это поле должно иметь одинаковый тип данных (число-число, текст-текст). В результате объединения к первой таблице добавляются столбцы из второй, и объединенная таблица отражается в одном окне.

64

Применение геоинформационных систем в геологии

Связывание таблиц позволяет создать связь типа 1:n, когда к одной записи в первой таблице добавляется несколько записей второй таблицы. При связывании исходные таблицы не формируют единую, и связь можно увидеть, открыв одновременно эти таблицы в разных окнах. Вместе с этим при выборе записи в первой таблице выделяются соответствующие ей записи во второй. Связи и того, и другого типа можно удалить (Table – Remove All Joins, Remove All Links). Для примера работы с таблицами создадим таблицу-заготовку для геологической легенды. Добавим три поля: L_code (Number), Index_1 (String, 20) и Text (String, 255). Для добавления информации о геологических подразделениях будет необходимо связать эту таблицу с атрибутивной таблицей геологических тел, поэтому поле L_code должно называться точно так же, как и в атрибутивной таблице, а поле с индексом, наоборот, должно отличаться по названию. Добавляем в таблицу столько записей, сколько кубиков должно быть в легенде, и в поле L_code прописываем уникальное значение для каждого подразделения. Если последовательность L_code на карте правильна, и они присваиваются для каждого подразделения сверху вниз с шагом 10, то это можно заполнить значения L_code, например, прописав в калькуляторе выражение [L_code] = (rec*10) + 1. Присоединяем по полю L_code к таблице для легенды атрибутивную таблицу геологических объектов. В поле индекса первой таблицы прописываем индексы из второй таблицы. Затем в поле текст прописываем все, что должно быть справа от кубика легенды, в общем случае это возраст пород (система, отдел, ярус, подъярус), их литология и мощность подразделений. Для автоматического заполнения этого поля можно ввести информацию с помощью калькулятора, записав в нем выражение [Text]=[Systema]++’’система.”++[Otdel]++”отдел.”++[Yarus]++”я рус.”++[Lithology]++[Moschnost]++”.”. Остается только подправить мелкие ошибки, которые наверняка появятся при автоматическом заполнении таблицы, и в ре-



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

65

зультате заготовка для создания геологической легенды готова. Атрибутивную таблицу для геологических тел можно отсоединить (Table – Remove All Joins). Для опыта работы с диаграммами в проект добавляем таблицу силикатных анализов и по ее данным строим классификационную точечную диаграмму, например, SiO2 – (Na2O + K2O).

Тема событий ArcView позволяет добавлять на карту точки по координатам (чаще всего это данные с прибора спутниковой привязки). Для этого сначала добавляем в проект таблицу с этими данными. Она должна содержать как минимум три поля: номер точки и координаты по осям Х и Y. После этого в виде карты в пункте меню Вид (Views) можно добавить не просто Тему (Add Theme), а Тему событий (Add Event Theme). В появившемся окне нужно выбрать таблицу данных и поля таблицы с координатами Х и Y (рис. 3.14). Одной из наиболее распространенных ошибок является неправильный выбор полей для координат Х и Y.

Рис. 3.14. Окно добавления Темы событий

После добавления Темы событий она появляется в левой части карты, однако это еще не полноценная тема. У нее есть отражение

66

Применение геоинформационных систем в геологии

на карте, есть атрибутивная таблица, но есть еще также и исходная таблица. Конвертируем Тему событий в шейп-файл (Theme–Convert to Shapefile…). Ее необходимо сохранить, и программа сразу предложит добавить ее в проект. Удобнее всего так и сделать, а старую Тему событий удалить.

Горячие связи Одной из обычных геологических задач является описание точек наблюдения, при этом в него включаются и текстовое описание, и зарисовки обнажений, а также, возможно, и колонки отложений. Для этого в ArcView есть инструмент горячих связей, схожий с гиперcсылками в языке интернет-страниц HTML — это возможность по щелчку мыши загружать другие программы и открывать в них нужные файлы: текст, рисунок и пр. Для того чтобы горячая связь работала, должны выполняться 3 условия: (1) существует файл, с которым связывать; (2) путь к этому файлу прописан и (3) выбрано действие для связи с этим файлом. Действие для работы горячих связей можно выбрать в пункте меню Тема – Свойства (Theme – Properties...). По умолчанию ArcView может связывать с проектом следующие типы файлов (рис. 3.15):

Рис. 3.15. Окно Свойства темы, Горячие связи

• Пользовательский скрипт (User Script) — программа запускает скрипт и выполняет то действие, которое в нем запрограммировано.



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

67

• Текстовый документ (Text File) — связь с файлом с расширением .txt. • Изображение (Image File) — связь с файлом с расширениями .gif и .bmp. • Документ проекта (Document). • Другой проект (Project). Рассмотрим все варианты последовательно — от более простых к более сложным. 1. Связь с текстовым файлом. В Блокноте (Notepad) создаем текстовый файл описания точки наблюдения. В атрибутивной таблице к теме точек наблюдения создаем поле для пути к текстовому файлу (String, длина 100), в это поле прописываем полный путь к нужному файлу (важно не забыть написать и название самого файла). Затем в свойствах Темы (Theme – Properties) для горячих связей выбираем поле, в котором записан путь к файлу, и действие — Связь с текстовым файлом. Скрипт для этого действия будет выбран автоматически. В виде геологической карты активизируется новая кнопка с «молнией» (седьмая справа в нижнем ряду) — инструмент работы с Горячими связями. Выбираем его, щелкаем по точке — открывается окно обработки текстового файла, а в нем — файл описания точки. 2. Связь с изображением. Последовательность действий аналогична предыдущему пункту. Необходимо только отметить, что для каждого типа файла в атрибутивной таблице надо создать свое поле для пути к файлу. Возможные типы изображений — растровые файлы форматов bmp и gif. 3. Связь с документом. Программа по щелчку мыши может связывать точку с любым документом проекта. Это важно, например, когда мы хотим соз­ дать связь с диаграммой или таблицей анализов, чтобы по одному нажатию можно было просмотреть содержания того или иного компонента в породе, или быстро увидеть положение фигуративной точки анализа образца на классификационной диаграмме. Для этого в поле атрибутивной таблицы нам необходимо прописать только относительный путь к этому документу — так, как он называется в списке в проекте ArcView, например, Script1 или Legend, а в Свойствах темы выбрать Связь с документом проекта. Удобство

68

Применение геоинформационных систем в геологии

этой возможности состоит в том, что можно несколько разнородных документов (диаграмма, таблица, текст, рисунок, карта) соединить с одной темой. 4. Связь с каким-либо файлом, не входящим в стандартный набор Горячих связей ArcView. Рассмотрим этот пункт на примере программы CorelDraw: она удобна для работы как инструмент Горячих связей, поскольку умеет открывать или импортировать большинство графических изображений. Для начала создаем в CorelDraw схематическую колонку отложений, сохраняем как обычный документ с расширением .cdr, а в атрибутивной таблице темы в ArcView прописываем полный путь к этому файлу. В пункте меню Справка (Help) набираем в строке поиска Горячие связи (Hot link), и в этом блоке есть пункт Примеры скриптов (Example script). Ниже дан пример скрипта, который запускает мультимедийный проигрыватель для открытия файлов с расширением .avi. theVal = SELF ‘ see if the value of the field is not null if (not (theVal.IsNull)) then ‘ if the file listed in the field exists, then play the video if (File.Exists(theVal.AsFileName)) then ‘ use the path to the video player executable System.Execute(“c:\win95\mplayer.exe /play /close”++theVal) else ‘ if the file doesn’t exist, tell the user MsgBox.Warning(“File “+theVal+” not found.”,”Hot Link”) end end Нужно скопировать этот пример, в проекте создать новый скрипт и в него вставить текст из буфера. Теперь следует вместо пути к мультимедийному проигрывателю (“c:\win95\mplayer.exe /play /close”) прописать, также в двойных кавычках, полный путь к нужной программе, в нашем случае — CorelDraw. Не забудьте прописать и название самой программы (CorelDRW.exe). Компилируем скрипт (кнопка в виде галочки, десятая справа).



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

69

В свойствах темы для горячих связей выбираем Связь со скриптом, а в нижнем поле из выпадающего списка выбираем нужный скрипт. Теперь по щелчку инструментом горячих связей по точке запустится программа CorelDraw, а в ней — нужный файл с колонкой отложений. Одной из главных проблем работы с горячими связями в ArcView является то, что без дополнительных скриптов нельзя одновременно создать связь с несколькими файлами (например, текст и рисунок, несколько фотографий для одной точки). В данном случае можно скомпоновать все исходные данные в файл .pdf, и по умолчанию прописать связь с программой из серии Adobe Reader.

Компоновка Для вывода на печать необходимо все данные по нашему проекту сформировать в единый документ, куда войдут геологическая карта, легенда к ней, частично таблицы и диаграммы. Этот документ называется Компоновка (Layout), в нем также можно добавить все элементы оформления геологических карт (масштабная линейка, подписи и пр.), многие из которых прописаны по умолчанию. В проекте может быть несколько Компоновок (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Общий вид Компоновки

70

Применение геоинформационных систем в геологии

Итак, создаем новую компоновку. Сначала необходимо задать параметры страницы (Layout – Page Set up…) — ее размер и расположение, затем можно добавить в компоновку все необходимые элементы. Документы добавляются с помощью кнопки View Frame (самая правая в нижнем ряду, появилась только в Компоновке), она представляет собой выпадающий список по типам документов: вид, легенда, масштаб, стрелка севера, диаграмма, таблица, рисунок. Рассмотрим все варианты последовательно. 1. Вид. Для того чтобы карта появилась на компоновке целиком, надо предварительно в Виде сделать так, чтобы вся карта отображалась на экране. При этом важно помнить, что если подвинуть карту в Виде, то она подвинется и на Компоновке. После этого добавляем в Компоновку вид геологической карты. В этот момент следует прописать ее масштаб (рис. 3.17) — не автоматический (Automatic), а заданный пользователем (User Specified Scale). Важно помнить: для изменения масштаба сначала необходимо выделить старый масштаб, потом нажать кнопку Delete, а лишь затем написать новый. В противном случае программа оставит старые установки масштаба.

Рис. 3.17. Добавление Вида геологической карты на Компоновку



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

71

2. Легенда. При добавлении рамки легенды необходимо в по­ явившемся окне прописать вид, к которому добавляется легенда, и тип ее отображения. Вместе с этим программа добавляет на компоновку все, что находится слева в виде геологической карты. Легенда интерактивна, и при изменении подписей к объектам в виде карты они также изменяются и на компоновке. 3. Масштаб. Масштабная линейка добавляется к определенному виду, и из списка нужно выбрать вид геологической карты (рис. 3.18), а также тип масштаба (линейный или абсолютный) и единицы измерения. К сожалению, тип подписей единиц измерения нельзя исправить. Именованный масштаб автоматически не проставляется, его можно прописать просто текстом (кнопка с буквой Т). В этом случае при изменении масштаба карты линейный и абсолютный масштабы будут изменяться автоматически, а именованный придется изменять вручную.

Рис. 3.18. Добавление масштабной линейки на Компоновку

4. Стрелка севера может иметь разный вид, в принципе, она не обязательна на Компоновке. 5. Диаграмму добавить можно только в том случае, если она открыта.

72

Применение геоинформационных систем в геологии

6. Таблица. Можно добавить таблицу — ее вид можно подправить, открыв саму таблицу, сделать поменьше окно, снять или добавить выделение. 7. Рисунок — создается рамка и в нее загружается рисунок в формате bmp. ArcView позволяет также добавить на компоновку градусную сетку, это можно сделать, подключив модуль Graticules and Measured Grids (рис. 3.19). При этом на панели инструментов появляется дополнительная кнопка с изображением сетки. В таблице нужно отметить, к какому виду добавляется сетка, и прописать ее параметры. Градусную сетку можно изменить или удалить.

Рис. 3.19. Параметры добавления градусной сетки на Компоновку

Заключительными элементами оформления Компоновки являются рисовка обрамляющей рамки (кнопка с прямоугольником в верхнем ряду панели инструментов) и подписи названия карты и автора-составителя геоинформационного проекта.

Основы программирования на языке Avenue Существует большое количество задач, не решаемых ArcView напрямую, которые, тем не менее, могут быть выполнены с помощью



Глава 3. Геоинформационная система ArcView 3.2.

73

маленьких программ — скриптов, написанных на внутреннем языке программирования ArcView — Avenue. Например, надо преобразовать точечную тему в линейную или перенести таблицу из Excel, перекодировать русский язык в таблице. Собственно, вся программа ArcView написана с помощью скриптов, только скрипты, реагиру­ ющие на нажатия кнопок и пунктов меню, называются системными и заложены внутри самой программы. Рассмотрим процесс пользования скриптом на примере программы связи с Excel. Большое количество скриптов поставляется с ArcView и находится в каталоге C:\ESRI\AV_GIS30\ARCVIEW\Samples\scripts. Информацию по ним можно прочитать в разделе справки Sample scripts and extensions-scripts, далее разделы соответствуют решаемым задачам — операции с таблицами, диаграммами, видамии т. д. Исходя из желаемой задачи — импорт файлов Excel в таблицы, выбираем соответствующую категорию, в ней задачу Creates a new table document from an Excel spreadsheet. В описании читаем, что надо загрузить скрипт «xls2tbl.ave», кроме того, должен быть запущен Excel, а в нем существовать выделение и директория «c:\temp». Если условия выполнены. можно перейти на закладку проекта Скрипты, создать новый скрипт (кнопка New) и выполнить команду Script – Load Text File, выбрав положение скрипта C:\ESRI\AV_ GIS30\ARCVIEW\Samples\scripts\ xls2tbl.ave. Загруженный скрипт надо скомпилировать (при этом он проверяется на наличие ошибок) и запустить (Script – Run). В результате в проекте получается новая таблица Table1, физически находящаяся в директории “c:\temp”, в которой находится выделенная часть таблицы Excel. Следует помнить, что если в скрипте встречается обращение к активному документу (GetActiveDoc), то таковым считается последний использованный документ, кроме самого скрипта. т. е. переключаться от активного вида или таблицы, к которым обращен скрипт, надо через меню Window сразу в скрипт, поскольку если это делать через меню проекта, то последним документом будет считаться проект, что приведет к ошибке. Если программа не находится в примерах скриптов, то следует ее поискать на сайте www.esri.com. Надо зайти в раздел Downloads

74

Применение геоинформационных систем в геологии

и провести поиск по ключевым словам, ограничив его языком программирования Avenue. Если скрипт имеет оформленный интерфейс и выделен в отдельный файл, он называется модулем расширения (Extension). Он имеет расширения *.avx и помещается в папку C:\ESRI\AV_ GIS30\ARCVIEW\ext32. При его добавлении и подгрузке в проект (File – Extensions, отметить модуль) в меню проект и на панелях инструментов возникают новые кнопки и пункты.

Глава 4

Программный пакет ArcGIS Состав программного пакета ArcGIS 8 В состав программного пакета ArcGIS 8 входит следующий набор программ (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Соcтав программного пакета ArcGIS 8

• License Manager — набор программ для конфигурирования и управления набором лицензий ко всем программам па­ кета. • ArcCatalog — аналог Диспетчера Файлов Windows, ориен­ тированный на работу с файлами геоинформационных систем. • ArcMap — основная программа пакета для просмотра, анализа и редакции карт. • ArcScene — программа визуализации трехмерных изображений земной поверхности. • ArcToolbox — набор утилит, не вошедших в перечисленные выше программы, объединенный общей управляющей программой. Здесь находятся инструменты для импорта-экспорта

76

Применение геоинформационных систем в геологии форматов геоинформационных систем, а также инструменты преобразования географических проекций. Кроме того, пользователь может добавить сюда любые собственные утилиты. • Desktop Administrator — программа, позволяющая просматривать текущее состояние конфигурации установленного программного пакета и лицензий на программные продукты в его составе.

Программа ArcCatalog Программа предназначена для выполнения следующих операций: 1) управление файлами; 2) создание файлов и пространственных баз данных; 3) быстрый просмотр; 4) поиск. Одной из проблем в любой геоинформационной системе является управление файлами, поскольку большинство слоев карты представлены сразу несколькими файлами. Так, один векторный слой test представлен тремя файлами (рис. 4.2–4.3): • test.shp — файл, содержащий векторные объекты; • test.dbf — атрибутивная таблица; • test.shx — файл связи между таблицей и объектами. Отсутствие любого из этих трех файлов (например, потеря при копировании) приводит к тому, что программа не видит остальной набор файлов как данные слоя в геоинформационной системе. Кроме того, могут присутствовать файлы с расширениями *.prj — данные о координатной системе слоя, *.sbn, *.sbx — индексные файлы и некоторые другие. В старых версиях ArcView приходилось постоянно контролировать количество копируемых (перемещаемых, удаляемых) файлов. Программа ArcCatalog позволяет обращаться со всем набором файлов, соответствующих слою, как с одним. Операции по копированию-переименованию-удалению осуществляются нажатием правой кнопкой мыши и выбора соответствующего пункта из всплывающего меню или простым перетаскиванием файлов.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

77

Рис. 4.2. Файлы геоинформационной системы (слои карты) в ArcCatalog

Рис. 4.3. Файлы геоинформационной системы в Windows Explorer

78

Применение геоинформационных систем в геологии

Создание файлов — вторая функция программы ArcCatalog, поскольку это единственный способ создать новые файлы слоев и таблиц в составе программного пакета ArcGIS. Для создания шейпфайлов и таблиц надо вызвать всплывающее меню правой кноп­ кой мыши в желаемой директории и выбрать пункт меню New – ShapeFile или New – Table. В появившемся диалоге надо указать имя нового файла, его тип (точка, полилиния или полигон) и систему координат. Последнюю можно выбрать из списка существующих систем и модифицировать или импортировать из слоя или шейпфайла с существующей координатной системой. Создание персональных баз пространственных данных. Пер­ сональные базы пространственных данных (Personal Geodatabase) — новый тип хранения данных в ArcGIS 8, также создается в ArcCatalog через всплывающее меню на правой кнопке мыши. Создание соединений (быстрый доступ) — для удобства доступа к отдельным файлам или ресурсам (рис. 4.4). Он может быть создан

Рис. 4.4. Создание соединения (быстрый доступ) в ArcCatalog



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

79

через всплывающее меню Connect для любой папки, после чего быстрый доступ появляется в панели ArcCatalog на уровне жесткого диска компьютера. Кроме локальных папок, быстрый доступ через программу может быть осуществлен к Интернет-серверам с данными, базам данных, пространственным базам данных (SDE — Spatial Database Engine). Быстрый просмотр. Поскольку формат ГИС является специальным, просмотреть файлы или карты геоинформационных систем можно только в самой ГИС. ArcCatalog позволяет это сделать быстро (рис. 4.5), причем просмотреть можно как shape-файлы, так и сами карты ArcMap, таблицы dBase, а также все форматы, поддерживаемые ArcGIS — растры форматов *bmp, *jpg, *tif, *img, файлы CAD — *dxf, содержание персональных пространственных баз данных. Для просмотра информации достаточно, выбрав файл, щелкнуть по ярлычку Просмотр. Поиск. Инструмент поиска схож с таковым в Windows, но ориентирован на поиск файлов форматов ГИС. Так, из списка можно

Рис. 4.5. Быстрый просмотр данных в программе ArcCatalog

80

Применение геоинформационных систем в геологии

выбрать, именно тот тип файла, поддерживаемый ArcMap, который надо найти (рис. 4.5). Можно определить дату создания/модификации файла, содержащиеся в нем метаданные и самое главное — географическое положение, задав координаты или очертив на карте мира приблизительное положение района поиска.

Соответствие терминов ArcView и ArcMap При переходе от работы в ArcView 3 к ArcGIS 8 пользователь сталкивается, кроме некоторых особенностей работы, с полной сменой терминологии. Список наиболее часто употребляемых терминов приведен в таблице, полный список соответствия приведен в разделе справки Migrating from ArcView GIS 3 to ArcView 8.x—Terminology Quick Reference. Основная разница в работе с программами: • новые shape-файлы и таблицы создаются только в программе ArcCatalog; • на редакцию открывается не один shape-файл, а целый каталог и все содержащиеся в нем файлы; • карты неразрывно связаны с компоновкой, карта (Data Frame) должна быть активна для работы; • легенда слоя загружается импортом из файла слоя (*.lyr). Таблица 4.1. Таблица соответствия терминов ArcView и ArcGIS ArcView 3

ArcGIS 8.x

Project

Map document

Theme

Layer

View, View frame

Data frame

Table of contents

Table of contents

Layout

Layout, Layout view

Projection

Coordinate system

Hotlink

Hyperlink

Charts

Graphs



Глава 4. Программный пакет ArcGIS ArcView 3

81

ArcGIS 8.x

Avenue scripts

Visual Basic for Applications (VBA) macros

Select by Theme

Select by Location

SQL Select

Select by Attributes

Active theme

Selectable layers (Each tool presents a list of layers to use.)

AVL (legend file)

Import symbology from layer file

ArcMap — основы интерфейса Основной отличительной чертой ArcMap является то, что электронная карта (Data View) неразрывно связана и основана на компоновке карты (Layout View) (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Меню свойств карты

82

Применение геоинформационных систем в геологии

Основные элементы интерфейса ArcGIS 8. Основным элементом проекта является карта *.mxd. Одна карта может содержать несколько рамок данных (Вata Frame). Каждой их них соответствует своя таблица ссылок (Table of Contents) — список слоев и символы, которыми они отображаются. Кроме того, в карте может содержаться легенда, координатные сетки, рамки карты, стрелки севера, масштаб, таблицы и диа­ граммы. Настройки карты находятся в меню File – Map Properties. В свойствах карты, кроме автора и комментариев, необходимо определить свойства источника данных. Он может быть с абсолютными (что неудобно, поскольку при переносе проекта требуется точное соблюдение путей) или относительными путями. Второй вариант более желателен, но при этом всю информацию лучше хранить либо в директории проекта, либо в папках в той же директории, и относительные пути определять относительно положения файла проекта карты *.mxd (рис. 4.7). Карту ArcGIS 8 можно импортировать из проекта ArcView 3 (File – Import). Главное меню содержит информацию по всем командам программы. Панели инструментов — наиболее часто производимые дей­ ствия, распределенные по панелям (Стандартная, Инструменты, Компоновка, Графика, Рисование). Они настраиваются при щелчке правой кнопкой мыши по панели выбором галочкой соответ­ ствующей панели, а также перетаскиваются мышью. Для работы с панелями расширений должны быть подключены сами расширения. Настройка ArcMap для целей пользователя. При необходимо­ сти пользователь может создавать свои панели и размещать на них свои инструменты и кнопки. Это делается при помощи пункта меню Customize. Новая панель инструментов создается выбором кнопки New на закладке Toolbars, а новая кнопка или инструмент — перетягиванием соответствующе команды с закладки Commands. Например, перед началом работы удобно вынести команду Clear Selected Features на основную панель инструментов, чтобы иметь возможность оперативно очищать сделанную выборку.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

Рис. 4.7. Вид компоновки и вид просмотра данных

83

84

Применение геоинформационных систем в геологии

Окно рамки данных с двумя вариантами просмотра (Data View и Layout View) — основное окно электронной карты. Таблица ссылок (легенда электронной карты) — в ней показаны все слои и группы слоев карты, с параметрами их видимости и порядком показа на карте, имеет два варианта просмотра — Dysplay и Source (показывает полный путь к файлам слоев). Статусная строка — показывает координаты курсора, длины измеряемых сегментов и т. д. По умолчанию подключены две панели инструментов — Главная и Инструменты (Tools) (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Панели инструментов Главная и Инструменты

Главная панель инструментов похожа на такую же панель в большинстве Windows программ — открытие и сохранение файла, копирование/вставка/удаление, операции отмены и повтора. Кроме этого здесь есть кнопка Добавить данные для добавления новых слоев и таблиц, панель масштаба карты и кнопки, включающие инструмент редакции и ArcCatalog. Просмотр карты осуществляется с помощью кнопок с панели инструментов. Уменьшение и увеличение (интерактивное — значок лупа) и пошаговое (одно нажатие увеличивает/уменьшает в N раз). Панорамирование (сдвиг точки просмотра без изменения масштаба). Полный просмотр (Full Extent) — изменяет масштаб так, чтобы отображались все объекты, присутствующие на карте. Предыдущий/следующий просмотр — схож с кнопками BackNext в Internet Explorer, переходит на предыдущую/следующую точку просмотра карты. Кроме этих инструментов в меню Window есть инструмент Magnifier (Увеличительное стекло) — прямоугольник, внутри которого масштаб просмотра увеличивается в N раз, и инструмент Overview — небольшой общий вид карты с отображением текущего



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

85

участка просмотра. Увеличение инструмента Magnifier настраивается щелчком правой кнопки мыши — Properties – Zoom. При частой работе с некоторыми участками территории для них можно сделать закладки просмотра (View – Bookmarks), содержащие место карты и масштаб его изображения. Остальные инструменты на панели отвечают за выбор и просмотр данных. Select features — выбирает объект на карте и подсвечивает его голубым цветом. Select element — выбирает графику, текст или элемент компоновки. Identify — при щелчке на объекте показывает всю информацию из атрибутивной таблицы для этого объекта. Find — инструмент поиска. Ищет вхождение строки поиска в атрибутивные таблицы всех видимых слоев. Приводит список всех вхождений, при щелчке по элементу списка показывает его на карте. Measure — инструмент измерения. Для измерения в свойствах карты Distanсe Unit должны быть выставлены как линейные единицы (км, а не градусы). Длина измеряемой линии и ее сегментов показывается в статусной строке. Hyperlink — показывает дополнительную информацию, связанную с картой (например, текст, графику, фотографии, связанные с объектом на карте, синоним HotLink — «горячей связи» в ArcView3). Большая часть свойств карты в целом настраивается из свойств рамки данных (Data frame – Properties). Рассмотрим наиболее важные из них. General — название рамки данных, комментарии, угол поворота карты (если карта находится вдали от центрального меридиана и повернута, то ее можно выровнять), Reference Scale — масштаб, при котором объекты карты начинают изображаться (чтобы дома в деревне не отображать на карте мира). Data frame — тип отображения на карте (рис. 4.9). • С автоматическим масштабом (большинство случаев). • С фиксированным масштабом (при этом все инструменты изменения масштаба становятся недоступными). Рекомендуется перед печатью выходного листа.

86

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 4.9. Настройка типа отображения на карте

• С фиксированным видом карты (Fixed Extent) — отображается фиксированная заданными координатами область в заданном масштабе. • Возможность обрезать по форме какого-либо объекта в какомлибо слое. Coordinate System — система координат всей карты в целом (рис. 4.10). Выбирается из списка (географическая или проецированная) или может быть импортирована с какого-либо из слоев. Наиболее часто используемые проекции можно перенести в пункт Favorites (избранные проекции).



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

87

Рис. 4.10. Настройка координатной системы карты

Grids — настройка координатных сеток. Одна карта может иметь более чем одну сетку. Labels — закладка управления индексами на карте. Разные слои могут иметь разные приоритеты и разную позицию (выше/ниже), кроме этого, оговариваются правила разрешения конфликтов. Annotation Groups — аннотации, альтернативный индексам способ представления текста на карте, см. глава «Индексы и Аннотации». Frame — форма рамки вокруг карты. Size and position — размер и положение на листе компоновки нашей карты.

88

Применение геоинформационных систем в геологии

Аналогично всей карте настраиваются свойства каждого слоя карты. General — имя слоя, видимость, Reference Scale — масштаб, при котором объекты карты начинают изображаться. Source — положение шейп-файла, его изначальная система координат (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Настройка источника данных

Selection — выбор цвета, которым на карте будет подсвечен выбранный объект. Display — параметры дополнительной информации (гиперссылки и подсказки карты), связанной со слоем. Symbology — символы, которыми показывается слой. Fields — список полей атрибутивной таблицы. Можно сделать ненужные поля невидимыми и дать полям другие имена/псевдонимы (Alias). Defenition Query — определяющий запрос (рис. 4.12). Можно заранее не показывать некоторую часть объектов на карте (напри­ мер, на геологической карте показать только распространение меловых отложений).



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

89

Рис. 4.12. Определяющий запрос темы

Labels — индексы и способ их расстановки. Joins and relates — связанные и объединенные таблицы.

Типы легенд и их отображение на карте Существуют следующие основные типы отображения данных на карте (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Легенда по уникальным значениям

90

Применение геоинформационных систем в геологии

Пример отображения данных на карте показывается в окошке в левом нижнем углу формы при щелчке на типе легенды. Существуют следующие легенды (рис. 4. 14): • легенда единым символом; • легенда уникальных значений; • легенда по количествам; • диаграммы; • легенда по множественным атрибутам.

Рис. 4.14. Различные типы легенд для геологической карты: единым символом, уникальным значением, легенда по количествам (чем насыщеннее цвет, тем древнее породы)

Легенда единым символом (Single Symbol) — все объекты на карте отображаются одним цветом и знаком, вне зависимости от атрибутов. Например, речная сеть на географических картах. Легенда уникальных значений (Categories – Unique Values) — большая часть легенд и легенда геологической карты в частности. Например, легенда последней — каждое геологическое подразделение — отражается своим цветом возраста или состава. Имеет несколько разновидностей: по одному полю, по нескольким, а также когда имя символа в легенде соответствует имени символа в стиле



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

91

условных обозначений (Match Symbol in a style). Для того чтобы добавить уникальные значения по выбранному полю, надо нажать кнопку Add Values и выбрать значения из появившегося списка, или кнопку Add All Values, если для построения легенды необходимы все уникальные значения по полю. Для полигонов геологической карты необходимо, чтобы они не имели внешней линии границы, иначе она будет сливаться с геологическими границами из слоя линейных объектов, а в случае фациальных границ — создавать неверную картину. Можно изменить свойства одновременно всех символов легенд, щелкнув левую кнопку мыши на заголовке столбца Symbol и выбрав пункт выпадающего меню Properties for All Symbols (Свойства для всех символов). В открывшемся редакторе символов надо выбрать цвет линии границы как No Color. Легенда по количествам (Quantities) — в зависимости от значения поля в атрибутивной таблице символ легенды раскрашивается цветом по шкале градации цвета. Например, карта батиметрии (градации синего) или рельефа (зеленый-коричневый-красный), карты аномалий гравитационного и магнитного полей (синий-красный). Кроме градаций цвета, количества могут быть показаны символами разной величины или плотностью точек (Dot density, часто применяется для карт плотности населения). Диаграммы (Charts) — какие-либо значения атрибутов темы показываются диаграммой на объекте. Кольцевая диаграмма (Pie) — часто применяется для экономических карт. Диаграммы-колонки с нарастающим итогом (Stacked Bar) — можно применить для рисовки простых стратиграфических колонок, если есть поля мощностей отложений в точке. Легенда по множественным атрибутам (Multiple Attributes) — когда символ легенды должен показать более чем одно поле атрибутивной таблицы (например, цвет — тип покрытия дороги, ширина линии — ширина дороги). Создание и редактирование символов. Каждый символ легенды можно редактировать и отображать разными типами рисовки (простая заливка, заполнение рисунком, заполнение объектами, линейная заливка, а также их комбинации). Перед созданием своего знака целесообразно проглядеть суще­ ствующие (например, стиль USGS — Геологическая служба США

92

Применение геоинформационных систем в геологии

содержит большое количество литологических крапов, знаков элементов залегания и типов линий геологической карты) (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Редактор символов — типовые крапы USGS

Для полигональных объектов существуют следующие типы символов заполнения: • Символ простой заливки. • Пользователь может выбрать цвет заполнения, цвет линии обрамления и ее ширину. Цвет выбирается либо из предустановленного набора палитры активных стилей, либо создается (More Colors) по одной из цветовых моделей (RGB-CMYKHSV, выбор модели — стрелка влево в левом углу формы). • Символ линейной заливки. • Пользователь может выбрать цвет линии, тип линии из набора линейных символов, угол поворота линии (Angle), расстояние между линиями (Separation).



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

93

• Символ заливки рисунком. • Пользователь выбирает рисунок крапа (bmp или emf) и его характеристики (цвет крапа и подложки (BackGround), при цвете NoColor для подложки крап получается прозрачным). • Символ заливки маркером. • Похож на предыдущий, но вместо рисунка применяется маркер из набора символов для точечных объектов.

Создание собственного символа Точечные объекты — для их создания достаточно отрисовать символ в любом векторном редакторе, экспортировать в формате *emf и загрузить его как Picture Marker Symbol – Picture, настроив размер, угол поворота и т. д. Линейные объекты — как правило, требуется комбинация нескольких линий. Например, при создании символа несогласной границы создается тонкая сплошная линия, добавляется в редакторе символов картографическая линия, задается ее шаблон — точечный, и она устанавливается с некоторым сдвигом (Offset) от сплошной линии (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Пример создания комбинированной линии — символ несогласной границы

94

Применение геоинформационных систем в геологии Полигональные символы: • Из набора готовых рисунков крапов (c:\arcgis\arcexe83\bin\ Styles\Pictures) открыть растровым редактором файл крапа, наиболее похожего на необходимый, и отредактировать его до желаемого результата. • В редакторе символов открыть наиболее похожий символ (известняк для песчанистого известняка). Добавить вторым слоем (окно Layers снизу слева, кнопка «+») слой с рисунком песка. Сделать верхний слой прозрачным (BackGround – NoColor). Настроить параметры масштаба, сдвига, разделения, угла поворота крапа (Рис. 4.17).

Рис. 4.17. Пример создания комбинированного крапа — песчанистые глины

Стили. Необходимы для двух целей. 1. Создания упорядоченного ограниченного набора символов (цвета геологических подразделений, крапы пород, знаки границ и точечных объектов), при этом каждый символ может иметь осмысленное название (не Beryl Green, а «средняя юра» или «Ивановская свита»).



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

95

2. Применения типа легенды Unique Value Match Symbol in a style — если имя символа в стиле прописано в атрибутивной таблице, то, построив легенду по этому полю, она автоматически получается правильной. Стили создаются с помощью Менеджера стилей в меню Tools (рис. 4.18). Сначала создается новый стиль, при этом образуются пустые группы для разных категорий свойств (цвет, крап, символы и т. д.), потом с помощью копирования и вставки из другого стиля переносятся подходящие символы. Имя символа можно редактировать.

Рис. 4.18. Менеджер стилей — редактирование цветов геологических подразделений из набора Геология

Редактирование в ArcGIS 8 При редактировании объектов в ArcGIS 8 возникает насколько типов задач.

96

Применение геоинформационных систем в геологии

1. Создание новых объектов и редактирование существу­ ющих. 2. Создание или изменение объектов при пресечении или сложении существующих. 3. Сохранение топологической целостности объектов при редактировании. Перед началом редактирования объектов надо вызвать панель Editing и дать команду Начать редактирование. Пользователю предлагается выбрать, в какой директории находятся файлы для редактирования. При этом для редакции открываются все слои данных, находящиеся в указанной папке (в отличие от ArcView3, где каждая тема открывается для редакции отдельно). Далее надо указать конкретный слой для редактирования (выбрать из выпадающего списка Target) и задачу редактирования (выпадающий список Task) (рис. 4.19).

Рис. 4.19. Панель инструментов Редактирование

Для создания новых объектов служит инструмент Sketch Tool (карандаш), для редактирования существующих — инструмент Edit (стрелка). Наиболее просты задачи создания новых объектов — достаточно нарисовать новый объект и по окончании сделать двойной щелчок мышью или выбрать из всплывающего по щелчку правой кнопкой мыши меню пункт Finish Sketch (F2). При редактировании полигональных объектов будет рисоваться сразу замкнутый полигон. При настроенной сложной легенде вновь созданные объекты могут становиться невидимыми — поскольку на новый объект создается запись с пустыми атрибутами, для которых нет знака в легенде, чтобы избежать этого в легенде должен присутствовать кубик All other Value — для всех значений, не включенных в текст легенды. Инструмент Edit работает в двух режимах — при первом щелчке на объекте он подсвечивается как выделенный и может быть перемещен целиком, при втором щелчке черными квадратиками подсвечиваются все узелки (Vertex) объекта, тип задачи меняется на Modify Feature и становится возможным изменять форму объекта,



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

97

двигая его узелки (рис. 4.20). Для того чтобы ввести новый узелок, надо поместить курсов на линию и, вызвав щелчком правой кнопки мыши меню, выбрать пункт Insert Vertex. Аналогичным образом убирается ненужный узелок.

Рис. 4.20. Режимы редактирования объекта — целиком (слева) и по узелкам (справа)

Иногда проще перерисовать какой-либо контур существующего объекта, чем редактировать его по узелкам. Для этого надо выбрать задачу Reshape Feature, выбрать инструмент Sketch Tool и отрисовать им новую границу объекта, при этом начало и конец линии должны быть за пределами объекта, если он обрезается по линии, или внутри него при наращивании (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Операция редактирования Reshape

98

Применение геоинформационных систем в геологии

Другая категория задач редактирования — изменение одного объекта на основе другого. Довольно часто возникает необходимость слить два объекта, обрезать один из них по форме другого или создать новый объект как пересечение двух предыдущих. Clip — обрезка одним объектом другого (рис. 4.22). Выбрать объект, наложить его поверх обрезаемого и выбрать пункт Clip.

Рис. 4.22. Операция редактирования Clip

Merge — слияние двух объектов в один (рис. 4.23). Должно быть выбрано два объекта. Если при этом они не пересекаются, то образуется сложный полигон из двух частей. Предлагается выбор, атрибуты какого из двух полигонов будут использованы для получившегося.

Рис. 4.23. Операция редактирования Merge

Union — объединяет два объекта подобно Merge, но при этом оставляет копии их исходников (рис. 4.24). Должно быть выбрано также два объекта.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

99

Рис. 4.24. Операция редактирования Union

Intersect — создает новый объект на пересечении двух исходных, исходные объекты сохраняются (рис. 4.25). Должно быть выбрано также два объекта.

Рис. 4.25. Операция редактирования Intersect

Cut poligon features — разделение полигона на несколько частей (рис. 4.26). Выбирается полигон для разделения, инструментом Sketch рисуется линия разделения — полигон разделен на два.

Рис. 4.26. Операция редактирования Cut poligon features — разделение полигона линией

100

Применение геоинформационных систем в геологии

Редактирование с сохранением топологии объектов При обычном редактировании нарушается топология редактируемых объектов. То есть при изменении формы одного объекта форма другого остается неизменной и возникает либо перекрытие, либо зияние между объектами. Чтобы избежать этого, необходимо воспользоваться меню Topology. Сначала рассчитывается текущая топология слоя нажатием кнопки Create Topology. Далее, с помощью инструмента Topology Edit Tool, выбирается граница между двумя объектами, подлежащая редактированию. Она подсвечивается фиолетовым­ цветом. После этого необходимо выбрать необходимую задачу из списка топологических задач выпадающего списка Task. Эти задачи похожи на задачи обычного редактирования, с тем различием, что при редактировании объектов изменяется форма одновременно и одного, и другого объекта. Задача Modify Feature изменяет форму объекта по узелкам, Reshape Feature позволяет заново перерисовать границы между двумя объектами. Задача Auto-Complete polygon позволяет создать новый полигон, который точно примыкает к выбранной границе. При этом изначальная линия должна находится внутри границы, выбранной инструментом топологического редактирования.

Работа с таблицами В ArcGIS 8 существует два типа таблиц — атрибутивные, связанные с объектами на карте, и обычные таблицы данных, которые могут быть связаны с атрибутивными объединением (Join) или отношением (Relate). Атрибутивные таблицы открываются при щелчке правой кнопки мыши на выбранном слое и выборе пункта Open Attribute table в контекстном меню. Неатрибутивные располагаются в нижней части таблицы ссылок в режиме просмотра Data Source и открываются таким же образом. Тип таблиц, применяемый в программе — dBase IV. При экспорте из программы MS Excel следует учитывать, что изначально (и в случае Excel) формат dBase IV подразумевает кодировку рус-



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

101

ского языка DOS-866, а в ArcGIS 8 используется Win-1251. для перекодирования необходимо использовать скрипт-конвертер.

Создание таблицы и добавление полей Новая пустая таблица создается в программе ArcCatalog. Новые поля можно добавить в табличном редакторе ArcMap и в том случае, когда таблица нередактируема (рис. 4.27).

Рис. 4.27. Элементы управления таблицей в ArcMap

Большая часть операций с таблицами выполняется через кнопку Options в правом нижнем углу табличного редактора. Поля таблицы добавляются через пункт меню AddField (рис. 4.28).

Рис. 4.28. Добавление нового поля

Возможны следующие типы полей: • Short Integer, Long Integer — целые числа; • Float, Double — числа с плавающей точкой, необходимо задать количество знаков после запятой; • Text — текст, до 255 символов;

102

Применение геоинформационных систем в геологии

• Date — дата/ Дата-время в формате операционной системы; • BLOB — бинарные объекты, внедренные в базу данных (изображение, видео, звук). Количество отображаемых полей можно изменить с закладки Fields в свойствах слоя. Видимость или невидимость поля определяется выпадающим списком Visible. Порядок отображения полей (столбцов) в таблице можно изменить, перетаскивая мышью заголовки столбцов по таблице. Для выделения записи в таблице надо щелкнуть по ней указателем мыши. Для выделения нескольких столбцов — удерживая при этом клавишу Ctrl. Можно просмотреть все записи таблицы или только выделенные — кнопки Show All/Selected в нижней части таблицы.

Выборка в таблице Есть несколько возможностей выборки записей (рис. 4.29):

Рис. 4.29. Меню Options в таблицах. Возможности выборки в таблице и добавления полей

• Select All — выбрать все. • Select None — снять выделение.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

103

• Switch Selection — обратить выделение (выбранное сделать невыбранным и наоборот). • Выборка запросом по значениям полей производится при помощи выбора пункта Select By Attributes. При этом на экране появляется конструктор запросов (рис. 4.30).

Рис. 4.30. Конструктор запросов

Выпадающее поле в верхней части конструктора определяет положение результатов запроса, они могут: • создать новую выборку — Create new selection; • присоединиться к старой (логическое или) — Add to current selection; • создать выборку из существующей (логическое и) — Select from current selection; • удалить созданную выборку из существующей (логическое не) — Кemove from current selection.

104

Применение геоинформационных систем в геологии

Далее, в средней части формы, есть три списка — список полей таблицы, поле операторов запроса и список возможных значений поля, имеющихся в базе данных. Двойным щелчком мыши поля, операторы и значения переводятся в окно запроса. Необходимо указать, по какому полю делается запрос, затем оператор запроса (= < > LIKE) и значение параметра. Если сравниваются строковые поля, то их значение заключается в одинарные кавычки. Отдельно следует остановиться на операторе LIKE — частичное сравнение. Очень часто, в случае выборки по текстовым полям, неизвестно точное написание того или иного названия (допустим, необходимо выбрать все триасовые отложения, которые в базе описаны как «Триасовые», «Верхнетриасовые», «Нижнетриасовые», «Пермско-триасовые нерасчлененные»). В таких случаях запрос будет выглядеть как ‘Отложения’ LIKE ‘%триас%’, где % обозначает любое количество любых символов. Выборки по тексту чувствительны к регистру (т. е. Триасовые, триасовые, ТРИАСОВЫЕ) — три разных значения, поэтому лучше заранее привести обе части запроса к верхнему или нижнему регистру Upper(‘Отложения’) LIKE ‘%ТРИАС%’. Простые запросы могут комбинироваться в сложные с помощью операторов And, Or, Not. Особое внимание при этом следует уде­ лять контролю четности и порядку скобок. Результаты запроса подсвечиваются на карте и в таблице. Выбранные записи могут быть сохранены как отдельная таблица с помощью пункта меню Export Data.

Вычисления в таблицах Кроме мощного инструмента анализа таблиц — конструктора запросов, ArcGIS 8 предоставляет пользователю не менее мощный редактор табличных данных — калькулятор полей (рис. 4.31).



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

105

Рис. 4.31. Калькулятор полей — вычисление площади полигональных объектов

Он вызывается при щелчке правой кнопкой мыши на заголовке столбца таблицы. Если калькулятор работает на нередактируемой таблице, вычисления происходят быстрее, но нет возможности отмены операции при ошибке. Лучше начать редактирование таблицы перед вычислениями. В центральной части калькулятора находится окно выражения, которому равно значение поля. Обратите внимание, левую часть — название поля — вводить не нужно. В левой части находится список полей, используемых в вычислениях, в центральной — тип поля, в правой — операторы (работы с числами, строками, датами, в зависимости от типа поля). Как и в конструкторе запросов двойной щелчок мыши переносит имя поле или оператор в окно выражения. Кроме простых выражений, вычисляться могут и простые программы на языке VBA. Если в таблице есть выделенные строки, вычисление применяется к ним; если выделено все или выделения нет вообще — ко всем. Если в вычислениях участвуют строки текста, они должны быть заключены в двойные кавычки. Указатели на поля в таблице заключаются в квадратные скобки.

106

Применение геоинформационных систем в геологии

Таблица 4.2. Примеры вычислений в таблицах

Выражение

Результат

500

500

“ивановская свита”

ивановская свита

“L_code “ & [Svita] &” свита= “ & [L_code]

L_code ивановская свита = 3300

Вычисление координат точек, длин, площадей, периметров. Они производятся при помощи коротких скриптов VBA. Перед вычислением надо проверить, в какой системе координат и в каких единицах измерения находится слой, для которого производятся вычисления. Дело в том, что результат будет получен в единицах измерения SHP файлат. е. если данные непроецированы, то результат будет в десятичных градусах, что хорошо для определения координат, но неприемлемо для площадей и длин. Для последних данные необходимо преобразовать в проецированную систему координат с линейными единицами измерения. Для начала необходимо создать поле для результатов вычисления необходимого размера и точности (например, для координат в единицах градусы-доли градуса и точности определения до 1 м, необходимо поле длиной 9 знаков с 3 знаками после запятой, для координат в системе Гаусса-Крюгера — 9 знаков, без знаков после запятой) . Далее следует поставить галочку в калькуляторе Advanced. В верхнее окно (Pre-Logic VBA Script Code) необходимо вставить следующий фрагмент кода: Dim dblArea as double Dim pArea as IArea Set pArea = [shape] dblArea = pArea.are. В нижнее окно под названием поля надо ввести имя переменной из верхнего окна (dblArea в примере). Примеры скриптов для вычисления координат, длин и периметров находятся в разделе справки Making Field Calculations.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

107

Объединение и связывание таблиц Очень часто при создании геоинформационной системы только некоторая часть данных может находиться в атрибутивной таблице, остальная информация предоставляется в других таблицах. Например, при векторизации для ускорения процесса как атрибутивная информация вбивается только L_code, а данные о возрасте, литологии и т. д. заносятся в отдельную таблицу легенды. Другой случай — есть слой точек наблюдения и таблица химических анализов для них. Для слияния этой информации применяется связывание (объединение) таблиц. Объединение (Join) — связь типа 1:1, когда на одну запись основной таблицы приходится только одна запись присоединяемой таблицы. Для объединения надо выбрать в контекстном меню слоя пункт Joins and Relates-Join (рис. 4.32).

Рис. 4.32. Объединение таблиц

108

Применение геоинформационных систем в геологии

В появившемся диалоге следует указать тип объединения (Join attribute from table), поле основной таблицы, по которому происходит объединение, присоединяемую таблицу и поле в присоединяемой таблицы для объединения. При этом записи добавляемой таблицы появляются как новые столбцы в основной таблице с заголовками типа «Имя_таблицы. Имя_столбца». Необходимая информация может быть скопирована из дополнительной таблицы с помощью калькулятора. Когда объединение становится ненужным, его можно разорвать с помощью пункта в контекстном меню слоя Joins and Relates-Re­ move Joins. Связывание таблиц (Relate) очень похоже на объединение, но при этом осуществляется тип связи 1:N, то есть на одну запись в основной таблице может приходиться несколько записей в связанной таблице, например, на одну точку наблюдения — несколько химических анализов или описаний шлифов. Связывание происходит точно так же, как и объединение, только выбирается пункт меню Joins and Relates-Relate. Результаты объединения можно увидеть при щелчке на объекте инструментом Identify (кроме атрибутов объекта слева в окне результатов под знаком «+» появляются все соответствующие записи связанной таблицы). Чтобы посмотреть результаты в табличной форме, надо из меню Options основной таблицы выбрать Related tables и в открывшейся таблицы показать только выбранные записи Show Selected Records.

Использование данных GPS в ArcGIS Если есть данные точек с координатами (например, файл с прибора спутниковой привязки), они могут быть легко показаны на карте. Как правило, приемники GPS сбрасывают данные в текстовом формате приблизительно следующего вида: Datum,WGS84,WGS84,0,0,0,0,0 WP,DMS,A01, 43.053811300, 40.4848874000,12/31/1989,00:00:00,19-AUG-03 08:17 WP,DMS,A02 , 43.052643000, 40.4851384000,12/31/1989,00:00:00,19-AUG-03 08:46 WP,DMS,A03 , 43.052901700, 40.4758218000,12/31/1989,00:00:00,19-AUG-03 09:10 WP,DMS,A04 , 43.131020500, 40.2555758000,12/31/1989,00:00:00,19-AUG-03 10:21 WP,DMS,A06 , 43.205944600, 40.2444343000,12/31/1989,00:00:00,19-AUG-03 12:01.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

109

Со второй строки файла последовательно записаны формат данных, номер точки, широта и долгота, дата и время инициализации системы GPS, дата и время создания точки наблюдения. Такой файл необходимо преобразовать в таблицу dBase и добавить к карте ArcGIS 8 с помощью кнопки Добавить данные. Далее, при щелчке правой кнопкой мыши на этой таблице, надо выбрать пункт Display XY data и в появившемся окне выбрать поле X (долгота) и Y (широта) (рис. 4.33). Желательно сразу установить для точек координатную систему (географическую — в случае десятичных градусов), совпадающую с системой на приборе GPS — первая строка в файле примера. Это можно сделать кнопкой Coordinate System, аналогично установке координатной системы для рамки данных. В результате добавления информации тема появляется как новый слой с именем Events of (имя_таблицы). Для дальнейшей работы этот слой лучше экспортировать в формат *shp (щелчок правой кнопкой мыши на слое Data – Export), а исходную тему событий убрать.

Рис. 4.33. Добавление данных GPS в ArcGIS

110

Применение геоинформационных систем в геологии

Построение диаграмм ArcGIS 8 предлагает простой инструмент оперативного по­ строения диаграмм по данным таблиц (рис. 4.34). Он вызывается с помощью пункта меню Tools–Graphs и представляет собой мастер построения диаграмм, похожий на таковой в MS Excel. Последовательно выбирается тип диаграммы, поля таблицы исходных данных, настройки легенды. В расширенных настройках (кнопка Advanced) можно получить доступ не только к расширенным настройкам оформления (оси, шрифты, маркеры, фон), но и построить тренды или выявить ошибки в данных.

Рис. 4.34. Мастер построения диаграмм

Инструмент Identify при щелчке на значке в поле диаграммы выдает полную информацию о табличных данных для этой записи. Точечная (X от Y) диаграмма называется Scatter (рис. 4.35). Диаграмму типа Stacked (столбчатая с нарастающим итогом) можно использовать для оперативного построения простых стратиграфических колонок. Любая диаграмма может быть скопирована в буфер обмена или экспортирована в форматах *.emf или *.bmp.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

111

Рис. 4.35. Окно диаграммы и меню управления диаграммой, открывающееся при щелчке правой кнопкой мыши

Гиперссылки ArcGIS 8 позволяет привязывать к объекту на карте практиче­ ски любую информацию (текст, изображение, графику, видео и т. д.), при щелчке по карте будет запускаться программа, обрабатывающая эту информацию, кроме того, есть возможность высвечивать ярлычки подсказок для объектов на карте. Инструмент связи объекта с дополнительной информацией или ссылкой на страницу в Интернет называется гиперссылкой. Есть два типа гиперссылок — динамические и базирующиеся на значении поля. Последние включаются опцией Support Hyperlink using Field на закладке Display в свойствах слоя (рис. 4.36). Из выпадающего слоя надо выбрать поле атрибутивной таблицы, в котором находится название поля. Кроме того, возможна связь со страницей в Интернет (опция URL) или запуск макрокоманды (опция Macro).

112

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 4.36. Закладка настройки параметров гиперссылок (Свойства слоя)

В атрибутивной таблице можно прописать полное положение файла в компьютере (путь и имя), но это не лучшая практика, так как при переносе проекта и связанных с ним файлов на другой компьютер необходимо точное соблюдение идентичности путей. Намного удобнее хранить в поле атрибутивной таблицы только имя файла, а положение директории (абсолютное или, что правильнее, относительно положения файла карты) записать в свойство карты (File – Map Properties) Hyperlink Base. В этом случае для сохранения гиперссылок при переносе карты надо перенести саму карту и находящуюся рядом с ней директорию с дополнительной информацией. Например, полный путь к карте c:\map\MyMap.mxd. Картинка для гиперссылки находится в c:\map\information\ MyPicture.jpg. Соответственно, сработает записанное в атрибутивную таблицу значение “c:\map\information\MyPicture.jpg ”, но правильнее записать в Hyperlink Base имя директории Information (без дополнитель-



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

113

ного пути, так как находится там же, где и карта), а в атрибутивную таблицу значение “MyPicture.jpg ”. При установке свойств гиперссылки становится доступным инструмент Гиперссылка, при наведении которого на объект с гипер­ ссылкой высвечивается ярлычок с положением файла (рис. 4.37), а при щелчке инструментом запускается программа, обрабатывающая файлы данного типа (прописано в реестре Windows).

Рис. 4.37. Вид карты при правильно настроенной гиперссылке (курсор принимает форму руки и появляется табличка с именем файла)

Динамические гиперссылки (рис. 4.38) имеют большое преимущество, с помощью них на один объект можно привязывать несколько документов разного типа. Однако есть существенный недостаток — в них хранится абсолютный путь к имени файла и, соответственно, могут возникнуть проблемы с переносом файлов с компьютера на компьютер. Динамическая гиперссылка устанавливается при щелчке на выбранном объекте инструментом Identify, а затем щелчком правой кнопки мыши по таблице и выбором из всплывающего меню пункта Add Hyperlink. При наличии более чем одного связанного

114

Применение геоинформационных систем в геологии

файла пользователю при использовании инструмента Гиперссылка предлагается выбор файла для просмотра.

Рис. 4.38. Добавление динамической гиперссылки (вверху). Выбор из нескольких доступных для точки гиперссылок

Интерактивная выборка Объекты можно выбирать на карте курсором, при этом надо настроить две опции в меню Selection — слои для выбора (Selectable layers) (рис. 4.39) и тип интерактивной выборки (новая, добавить к существующей, выбрать из существующей) — что будет происходить при выборе следующего объекта на карте.

Рис. 4.39. Установка слоев для выбора



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

115

Выборка объектов по расположению относительно других объектов Кроме запросов к атрибутам таблиц можно создавать запросы к таблицам по пространственному расположению объектов относительно других объектов. Например, какие геологические тела из слоя «Геологическое тела» пересечет разлом из темы «Разрывные нарушения», какие геологические тела будут соседними по отношению к интрузиву (оба объекта в слое «Геологические тела», где, соответственно, будут присутствовать экзоконтактовые изменения). Необходимо выбрать следующие параметры в форме Select By Location (рис. 4.40) — тип выборки, слои, которые в ней участвуют, тип пространственного соотношения.

Рис. 4.40. Настройка выборки объектов по расположению относительно других объектов

116

Применение геоинформационных систем в геологии

1. Тип выборки (новая, добавить к существующей, выбрать из существующей) — аналогично типам выборки в конструкторе запросов. 2. Слой, в котором производить выборку. 3. Тип пространственного соотношения: • Are crossed by the outline of — объект пресекается с границей другого объекта. • Intersect — объект пересекается другим объектом. • Are within a distance of — объект находится на некотором расстоянии от другого объекта. • Have their center in — выбирает полигоны одного слоя, если их геометрические центры находятся в полигонах другого слоя. • Are completely within — выбирает объекты одного слоя, которые полностью попадают внутрь полигонов другого слоя. Можно выбрать размер буферной зоны внутри полигона. • Completely contain — выбирает полигоны одного слоя, которые полностью содержат объекты другого слоя. • Share a line segment with — разделяет сегмент линии с объектом (линией или полигоном). • Touch the boundary of — касается границы, т. е. имеет совместную границу или совместный узелок. • Are identical to — выбирает объекты другого слоя, имеющие точно совпадающую геометрическую форму. • Contain — выбирает полигоны одного слоя, которые содержат объекты другого слоя, необязательно полностью. • Are contained by — выбирает объекты одного слоя, содержащиеся в другом слое. Дополнительные параметры выборки • Из какого слоя брать соотносимые объекты (необходимо отметить галочкой). • Использовать ли только выделенные объекты (необходимо отметить галочкой). • Использовать ли буферную зону при выборке, ее величина и единицы измерения. Результат выборки появляется как выделенные объекты на карте.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

117

Работа с текстом на карте. Индексы и аннотации

Индексы Простановка индексов в ArcGis 8 существенно отличается от таковой в ArcView 3. В общем случае индексы в ArcGis 8 проставляются автоматически, в том месте, которое программа сочтет наиболее предпочтительным. Пользователь имеет возможность только изменить шрифт и начертание, а также выбрать одну из предустановленных стратегий простановки индексов относительно объектов на карте, а также правила разрешения конфликтов при пересечении индексов с одного или нескольких слоев. Индексы в слое устанавливаются на закладке Labels в свойствах слоя (щелчок левой кнопкой мыши на выбранном слое Properties – Labels) (Рис. 4.41). Общий вид закладки для выбора индексов приведен на рисунке. Верхнее поле выбора Label features... предназначено собственно для простановки индексов (ставить индекс или нет). Поле, по которому проставляется индекс, выбирается с помощью выпадающего списка Index Field.

Рис. 4.41. Настройка индексов

118

Применение геоинформационных систем в геологии

Стиль начертания индекса выбирается с помощью диалогового окна Символ. Оно схоже с окнами заливки, стиля линий и точечных объектов. На первой странице можно выбрать подходящий стиль из списка слева или быстро назначить цвет, размер и характер начертания индекса. С помощью кнопки Properties можно настроить символ более детально (горизонтальное/вертикальное выравнивание, угол поворота, верхний/нижний индекс для индекса в целом, тень). Здесь наиболее полезным является свойство Маска текста. Установив его в положение Halo, можно сделать белую или цветную подложку для индекса, что иногда бывает нужно для подписей изолиний или геологических индексов цветонасыщенной карты, где индекс без подложки оптически теряется. Для индекса можно установить ряд допустимых масштабов, где он будет появляться (например, чтобы подписи геологических индексов для листа 1:200 000 не появлялись на карте при масштабе 1:1 000 000 и мельче, где все показанные индексы с детальной карты просто перекроют само изображение). Поскольку индексы расставляются автоматически, то крайне важно правильно настроить опции раcположения индексов (кнопка Label Placement Options). Они наиболее просты в случае полигональных объектов. Индекс всегда размещается внутри полигона, можно выбрать лишь установки для сложных полигонов (из двух и более частей) — ставить индекс в каждой части или только на весь полигон, а также установить правила разрешения конфликтов — установить высокий, средний или низкий приоритет индексов разных слоев при условии пересечения их индексов. В случае линейных объектов выбирается положение подписи линии­ (над линией (названия рек), на линии (подписи изолиний) или под ней), ориентация подписи (подпись может быть ориентирована по листу, для удобства чтения или по направлению линий (в случае изолиний, когда верх подписи изолинии указывает возрастание параметра)). Выбирается также положение подписи линии по длине (начало, конец, наилучшее положение) и угол, под которым она делается (вдоль линии, горизонтально, перпендикулярно ей). Наибольшее количество настроек предлагается для случая точечных объектов (рис. 4.42). По умолчанию предлагается горизонтальное размещение индекса. Есть набор схем размещения



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

119

индекса, когда каждое из 8 положений (сверху-снизу-справа-слева и промежуточные) получает свое значение предпочтительности. Например, на рисунке индекс может размещаться только справа, предпочтительно по центру. Пользователю необходимо выбрать желательное положение индекса. Кроме этих случаев он может быть размещен под некоторым фиксированным углом или углом, меняющимся в зависимости от поля атрибутивной таблицы.

Рис. 4.42. Установка предпочтительного расположения индекса

В пределах одного слоя можно с помощью SQL-запроса создать несколько классов индексов, для каждого из которых сделать свой Стиль подписи (например, при подписывании элементов залегания на карте для наклонного залегания нужна подпись со значением угла залегания, а для горизонтального и вертикального нет — можно

120

Применение геоинформационных систем в геологии

выделить два класса подписей с разным значением индекса). Для этого из выпадающего списка в верхней части формы необходимо выбрать способ расстановки индексов: все индексы расстанавливаются одинаково или выделяются отдельные классы, каждый из которых подписывается по-своему. С помощью кнопки Add можно создать новые классы для подписи, определить их с помощью SQLзапроса, например: класс Наклонное залегание SQL “Type = ‘наклонное’”; класс Вертикальное или горизонтальное залегание SQL “Type = ‘вертикальное’ OR Type= ’горизонтальное’”. Каждый из классов можно подписать по-разному или (как в случае горизонтального или вертикального залегания) не подписывать вовсе, сняв галочку Label Features рядом с названием класса. Стиль подписи класса настраивается аналогично стилю подписи индекса. В ArcGIS 8 предусмотрено много возможностей управления начертанием текста в пределах одного индекса с помощью управляющих символов — тэгов, схожих с теми, что используются в языке HTML. Пример написания такого индекса: N22ak = N22ak Существует достаточно большое количество тэгов форматирования текста, их полный список можно найти в разделе справки Formatting tags available in ArcMap. Некоторая часть из них дублирует управление стилем символа, поэтому для геологических индексов наиболее полезно помнить следующие тэги. Bold





Text

Text

Italic





Text

Text

Underline





Text

Text

Superscript





E = mc2

E = mc2

Subscript





H2O

H2 O



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

121

Используя тэги форматирования, необходимо контролировать их парность (открывающий и закрывающий) и наличие угловых скобок. Кроме того, возможно использование составных сложных индексов, сделанных на основе нескольких полей атрибутивной таблицы. Быстро убрать или показать существующие индексы можно, щелкнув правой кнопкой мыши по слою с индексами и выбрав в контекстном меню пункт Label Features.

Аннотации Существует новый класс объектов, предназначенный для работы с текстом, называемый Аннотациями (Annotation Group). В отличие от индексов, аннотации не связаны с конкретными объектами на карте, в чем они ближе к графике в ArcView 3. Они группируются в отдельные слои, могут иметь свой масштаб видимости и, самое главное, могут редактироваться по отдельности, причем изменяться может не только положение и стиль начертания аннотации, но и само содержание подписи. Для создания слоя аннотации из уже существующих подписей достаточно щелчка правой кнопкой мыши на слое с индексами и выбора пункта Convert Labels To Annotation. Пользователю будет предложено отметить слой аннотации или пространственную базу данных, куда они будут помещены. Существующие индексы исчезнут с карты, вместо них появится слой аннотаций. Его видимость, порядок отображения разных слоев и их приоритет при наложении можно изменить в общих свойствах рамки данных, закладка Annotation Groups. Самая главная особенность аннотаций — это возможность их редактирования. При одинарном щелчке инструментом Выбор (Стрелка­) на аннотации мы получаем возможность перемещения аннотации, а также ее удаления (Del) или копирования-вставки (Ctrl+C/Ctrl+V) (рис. 4.43). Двойной щелчок позволяет начать редактировать содержимое аннотации; в окне свойств аннотации можно выбрать параметры шрифта и формати­ рования, а также задать­ форматирование текста описанными выше тэгами.

122

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 4.43. Индекс как аннотация (голубая пунктирная рамка при возможности перемещения) и окно редактирования аннотаций

Греческие символы в индексах (состав магматических пород) создаются комбинированием индексов и аннотаций. Для создания греческого индекса необходимо следующее. 1. Открыть Программы – Стандартные – Служебные – Таблица символов и найти там соответствующий греческий символ, скопировать его в буфер. 2. Начать редактировать таблицу с греческими символами. 3. С помощью калькулятора полей сформировать индекс, вставить в него из буфера греческий символ. В калькуляторе он отображается жирной черной чертой, в таблице — нормальным символом. 4. Не заканчивая редактирования и не сохраняя результатов, вынести индексы на карту (Label Features) и сразу преобразовать в аннотации. 5. Закончить редактирование. Обратите внимание, что гре­ че­ская буква в таблице преобразовалась в знак вопроса — таблицы­ dBase IV не поддерживают нестандартных символов.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

123

Привязка растрового изображения ArcGIS 8 имеет мощное средство привязки и транформации растровых изображений к земной поверхности — инструмент Georeferencing. Задача привязки растрового изображения очень сильно распространена, т. к. иногда к карте необходимо привязать аэрофото- или спутниковый снимок, или растровое изображение какой-либо карты, не векторизуя ее, причем проекция карты и степень детальности­ точек привязки может быть самой различной. Первое, что необходимо сделать для привязки растра — хотя бы приблизительно определить проекцию привязываемой растровой карты (рис. 4.44). Чем точнее это будет сделано, и чем ближе проекция карты при привязке окажется к оригиналу, тем лучше будет конечный результат.

Рис. 4.44. Первый этап привязки растра — подбор проекции и совмещение растра и вектора командой Fit to Display

124

Применение геоинформационных систем в геологии

Обычно проекция указана в левом нижнем углу карты. Мелкомасштабные карты (Россия, Европа), как правило, имеют коническую проекцию, основной параметр проекции — центральный меридиан — тот, который проецируется на карту как вертикальный. Крупномасштабные карты (1:1 000 000 и крупнее) как правило имеют проекцию Гаусса-Крюгера или UTM; параметры проекции (номер зоны и центральный меридиан) вытекают из географических координат карты. Растровое изображение формата *.bmp, *.tif или *.jpg подгружается через кнопку Добавить данные, при этом программа выдает предупреждение об отсутствии пространственной привязки изображения. Далее необходимо изменить масштаб карты и ее проекцию, чтобы картинка на экране соответствовала изображению на привязываемом растре. Если карта состоит из полигональных объектов, то заливку лучше сделать прозрачной, а контуры полигонов — яркого цвета. Далее, в выпадающем списке растровых слоев, надо выбрать необходимый растр и применить операцию Fit To Display, что приблизительно подгонит привязываемый растр под текущий масштаб карты. Инструмент Add Control Point позволяет внести соответствие характерным точкам на растре и на векторной карте. Первые две точки лучше выбирать в максимально удаленных друг от друга углах карты (рис. 4.45).

Рис. 4.45. Добавление контрольных точек (крест). Жирная белая линия — невязка



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

125

Чем больше точек привязки, тем лучше конечный результат, хорошо, если они расположены примерно равномерно на привязываемом растре. Когда точек больше трех, программа начинает рассчитывать среднеквадратичную ошибку привязки (среднюю по всем и отдельно по каждой), она вызывается кнопкой View Link Table. Точки с наименьшей точностью привязки можно удалить, что повышает общую точность привязки (рис. 4.46).

Рис. 4.46. Таблица контрольных точек. Внизу справа — среднеквадратичная погрешность, последний столбик — погрешность по каждой точке

Очень хорошо, если на карте есть координатная сетка, тогда для компоновки можно создать сетку с теми же параметрами (шаг по долготе и широте) и привязать узлы сетки привязываемого растра на узлы сетки компоновки. Это наиболее точный вариант привязки. Более подробно о создании градусных сеток рассказано в разде­ ле «Компоновка и печать». Возможны несколько вариантов преобразования, т. е. типов математического уравнения, трансформирующего растр. Для преобразования первого порядка нужны минимум 3 точки, 2-го — 6 точек и 3-го — 10 точек. Можно попробовать все варианты преобразований, но обычно хватает преобразования первого порядка.

126

Применение геоинформационных систем в геологии

Достигнув необходимой точности привязки, надо выполнить операцию Update Georeferencing (к файлу растрового изображения на диске при этом добавляются два файла привязки *.rrd и *.jgw (*.tfw, *.bpw)). Привязанный растр можно сохранить в специальном формате с помощью операции Rectify, сохранив результат в формате ERDAS Imagine или GeoTIFF (рис. 4.47).

Рис. 4.47. Меню модуля Georeferencing

Привязанный растр будет корректно изображаться при любом изменении проекций.

Привязка векторного изображения Кроме привязки растрового изображения, в ArcGIS 8 есть модуль перепривязки векторного изображения. Например, данные CAD могут быть импортированы в ArcGIS 8 в неких условных координатах (например, сантиметры или дюймы листа изображения). Модуль включается как панель инструментов Spatial Ajust­ ment. Подгруженную тему перед привязкой необходимо начать редактировать. Далее принципы схожи с привязкой растра — указывается точка на привязываемом изображении и соответствующая ему точка на карте, выбирается метод преобразования, результаты сохраняются.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

127

Определение и преобразование проекций

Координатные системы Потребность в координатных системах возникает из-за необходимости спроецировать земную поверхность (геоид, эллипсоид) на плоскость. Для определения координат точки на поверхности земного шара применяются угловые координат: широта — угол между плоскостью экватора и положением точки и долгота — угол между положением точки и нулевым меридианом. Более подробно вопрос проекций рассмотрен в специализированной географической литературе (Южанинов, 2001; Кеннеди, Копп, 2000), а также в системе справки ArcGIS (Map Projections – Supported Map Projections). В этой главе будут рассмотрены только несколько часто встречающихся случаев. Наиболее простая проекция — цилиндрическая (Меркатор) когда поверхность геоида проецируется на развертку в форме цилиндра, прилегающего по экватору. Экваториальные области выходят верными, в приполярных же областях искажения огромны (Гренландия становится площадью с Южную Америку). Для больших карт мелкого масштаба (1:2 500 000 и мельче) (Европа, Евразия) часто применяется коническая проекция — геоид проецируется на развертку в форме конуса, прилегающего по линиям (меридианам) минимальных искажений. Есть несколько разновидностей такой проекции: равноплощадная, равноугольная, равнопромежуточная. Центральный меридиан на карте занимает вертикальное положение в центре. Для крупномасштабных карт (1:1 000 000 и крупнее) применяется поперечная цилиндрическая проекция. Поверхность геоида проецируется на цилиндрическую развертку вдоль центрального меридиана зоны, ширина развертки — 6°, при таком размере искажения в краевых частях не очень велики. Наиболее часто встречающиеся цилиндрические проекции — Гаусса-Крюгера, Поперечная Меркатора (Transverce Mercator) и UTM (Universal Transverce Mercator) (рис. 4.48). Номенклатура листов, прямоугольные координаты и масштабы карт на примере проекции Гаусса-Крюгера. Вся поверхность земли делится на трапеции размера 4° по широте и 6° по долготе (рис. 4.49). Листы называются сочетанием буквы латинского ал-

128

Применение геоинформационных систем в геологии

фавита (порядок 4-градусной зоны от экватора) и арабской цифры (порядок 6-градусной зоны от 180 меридиана). Одна такая трапеция — стандартный лист карты масштаба 1:1 000 000.

Рис. 4.48. Различные географические проекции: Меркатор, коническая, Гаусса-Крюгера

Рис. 4.49. Номенклатура листов масштаба 1:500 000, 1:200 000, 1:100 000 (по Южанинов, 2001)



129

Глава 4. Программный пакет ArcGIS

Лист карты более крупного масштаба 1:500 000 получается делением листа 1:1 000 000 на 4, обозначаемые заглавными буквами русского алфавита, добавленными к номенклатуре листа масштаба 1 млн. Лист карты масштаба 1:200 000 получается делением листа 1:1 000 000 на 36 частей (6 по долготе и 6 по широте), обозначаемых римскими цифрами Лист карты масштаба 1:100 000 получается делением листа 1 млн на 144 части (12 по долготе и 12 по широте), обозначаемых арабскими цифрами Лист карты масштаба 1:50 000 получается делением листа 100 000 на 4 части, обозначаемые заглавными буквами русского алфавита, добавленными к номенклатуре листа масштаба 1:100 000. Лист карты масштаба 1:25 000 получается делением листа 50 000 на 4 части, обозначаемые строчными буквами русского алфавита, добавленными к номенклатуре листа масштаба 1:50 000. Таблица 4.3. Размеры листов и примеры номенклатур карт разного масштаба Масштаб

Число листов в карте 1:1 000 000

Размер по широте

Размер по долготе

Номенклатура

1:1 000 000

1

4

6

N-37

1:500 000

4

2

3

N-37-А

1:200 000

36

40

1

N-37-XX

1:100 000

144

20

30

N-37-100

1:50 000

576

10

15

N-37-100-А

1:25 000

2304

5

7.5

N-37-100-А-б

Прямоугольная система координат Гаусса-Крюгера Для точных измерений на карте нельзя пользоваться угловыми координатами — так, 1° по долготе на экваторе будет

130

Применение геоинформационных систем в геологии

равен 111 км, а на полюсе — стремиться к 0, для них на проециро­ ван­ной карте принята прямоугольная система координат ГауссаКрюгера. Вся поверхность геоида разбита на зоны шириной 6°. Порядковый номер зоны идет от Гринвичского меридиана, ось X — от экватора, Y — от Гринвича. Широта точки (X) определяется расстоянием от экватора в метрах. Долгота точки (Y) отмеряется от центрального меридиана зоны. Чтобы избежать отрицательных значений в западной части зоны, к значению долготы всегда добавляется 500 000 метров. Как правило, чтобы ввести указание на номер зоны, к координате Y добавляется целое число миллионов, равное номеру зоны (например, точка в центре 7 зоны будет иметь координаты по долготе не 500 000 м, а 7 500 000 м). Рисунок иллюстрирует определение прямоугольных координат точки в зоне Гаусса-Крюгера (рис. 4.50).

Рис. 4.50. Определение прямоугольных координат точки в зоне Гаусса-Крюгера (по Южанинов, 2001)

Любые данные, содержащиеся в ArcGIS 8, должны иметь проекцию. В некоторых случаях, если проекции нет, программа выдает предупреждение об ошибке, в некоторых (например, при использо-



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

131

вании Geoprocessing Wizard) все операции с программой становятся невозможными, до определения проекции слоев. По умолчанию ArcGIS 8 работает с непроецированными данными, т. е. единицы измерения — десятичные градусы, а тип проекции — Geographic, т. е. определена только форма геоида. По умолчанию форма геоида — NAD1927, большая часть российских и советских карт используют эллипсоид Красовского (Pulkovo 1942), большинство приборов спутниковой привязки настроена по умолчанию на эллипсоид WGS1984. Есть несколько путей преобразования проекций. Наиболее простой — изменить проекцию карты на требуемую, выбрать пункт Data – Export Data при щелчке правой кнопкой мыши на нужном слое, и в опциях экcпорта указать, что экcпорт будет вестись в координатах рамки данных (Use Same coordinate System as Data Frame) (рис. 4.51).

Рис. 4.51. Параметры экспорта данных при смене проекций

Проекция карты также может быть изменена в Projection Wizard, который находится в ArcToolBox (рис. 4.52). В этой программе надо пошагово выбрать файл для преобразования (как правило, авто­матически определится его проекция) и указать желаемую проекцию для результата. Обычно разные проекции используют разные геоиды, поэтому программа запросит подтверждения на дополнительное преобразование формы геоида, например Nad1927Pulkovo1942. Данная программа позволяет пакетную обработку файлов.

132

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 4.52. Программа Project Wizard, выбор файлов для преобразования

Если координатной системы у слоя пока нет, ее следует определить с помощью утилиты Define projection. Следует обратить внимание, что есть два инструмента для определения проекций: один — для векторных изображений (shapefile), другой — для гридов и покрытий (grids, coverages).

Компоновки, экспорт, печать. Легенда карты, конструктор легенд Как уже упоминалось, каждый документ в ArcMap имеет по умолчанию компоновку. Она может состоять из одной или нескольких рамок данных, и свойства для каждой из них настраиваются в меню свойств слоев (например, масштаб — область отображения, положение на листе).



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

133

Создание координатных сеток Для создания координатной сетки необходимо обратиться к свойствам рамки данных, закладка Grids. Мастер создания сеток предлагает пошагово выбрать тип сетки (координатная сетка называется Graticule) и ее шаг в градусах (рис. 4.53). Кнопка Properties позволяет изменить свойства уже созданной сетки (цвет линий, шрифт и формат подписей значений). Для того чтобы скрыть лишние значения нулевых минут и секунд около целых значений градусов, надо в свойствах сетки зайти на закладку Labels и в окне Additonal properties снять галочки у пунктов Show zero minutes и Show zero seconds. Получившаяся сетка видна только на компоновке карты (Layout View) и изменяется автоматически вместе с масштабом и проекцией карты.

Рис. 4.53. Настройка шага координатной сетки

Важно помнить, что мастер координатных сеток является нестабильным элементов и лучше всего не пользоваться в процессе

134

Применение геоинформационных систем в геологии

создания сетки кнопкой мастера Далее (Back), это может привести к зависанию машины и потере проекта. Лучше доделать ошибочную сетку до конца, затем уничтожить ее и создать заново. Одна карта может иметь более одной системы координатных сеток. Размеры листа компоновки определяются в диалоге Page Properties. Кроме вставки рамок данных, в компоновку можно добавить некоторое количество картографических элементов (рис. 4.54):

Рис. 4.54. Компоновка карты

• Заголовок — вставка текстового блока, размер шрифта по умолчанию равен 25, при двойном щелчке левой кнопкой мыши по тексту пользователь получает возможность редакции­ текста и выбора шрифта. Для текста применя­ ются те же теги форматирования­, что и для индексов/аннотаций. • Текст — аналогичен заголовку, это вставка текстового блока, размер шрифта по умолчанию равен 10. • Линейный масштаб — вставляет масштабную линейку (см. рис. 4.54). Пользователю надо выбрать стиль масштабной



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

135

линейки, далее свойства регулируются при двойном щелчке левой кнопкой мыши. На первой закладке указывается количество основных и вспомогательных делений шкалы, необходимость простановки подразделений слева от отметки 0, стиль поведения линейки при перемасштабировании (рис. 4.55): • меняется ширина; • меняется деление; • меняется количество делений. В нижней части формы указываются единицы измерения, а также их подпись (чтобы подписать по-русски км, надо изменить это в поле label, по умолчанию будут km). На закладках Number, Format, Frame можно изменить шрифт и формат подписи, стиль масштабной линейки и стиль рамки и тени.

Рис. 4.55. Настройка линейного масштаба

• Численный масштаб/Именованный масштаб — вставляет масштаб в стиле 1:100 000 (Absolute Scale) или 1 cm equal 1 km

136

Применение геоинформационных систем в геологии

(centimetres=kilometres). На закладках Number, Format, Frame можно изменить шрифт и формат подписи, стиль масштабной линейки, рамки и тени. Именованный масштаб может быть написан только по-английски, для карты его придется просто написать инструментом Текст. • Стрелка севера — при вставке надо выбрать подходящую стрелку севера из набора. Дополнительные стрелки появляются при добавлении новых стилей. В любой момент стиль рисовки может быть изменен при двойном щелчке по ней. • Легенда создается с помощью конструктора легенд, выполненного в форме мастера. На первой закладке выбираются слои, для которых надо создать легенду и количество столбцов легенды. На второй — заголовок легенды и его шрифт. Далее выбираются рамка и шрифт, а также размер знаков легенды и взаимное размещение заголовка, знаков легенды и подписей. Все изменения в легенде карты, сделанные в Table of Contents и свойствах слоя отражаются в легенде на компоновке карты. Все свойства легенды могут быть отредактированы при щелчке левой кнопкой мыши по легенде (рис. 4.56, 4.57).

Рис. 4.56. Создание легенды — выбор слоев карты, отображаемых в легенде



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

137

Рис. 4.57. Создание легенды карты — расстояние между элементами легенды

Следует отметить несколько важных деталей. • При добавлении новых слоев в легенду они могут добавляться автоматически. • При изменении порядка слоев элементы легенды могут переупорядочиваться или находиться в фиксированном по­ рядке. • Набор знаков к новому слою может начинаться с нового столбца легенды, внутри одного слоя может быть несколько столбцов. • Для каждого элемента легенды можно определить свой стиль — взаимное расположение знака легенды, заголовка и подписи знака. • Рисунок — вставляет рисунок в форматах *.bmp, *.gif, *.tif, *.emf, *.png.

138

Применение геоинформационных систем в геологии

• Объект — вставляет объект из любой установленной на компьютере программы по механизму связи OLE — при выполнении вставки объекта появляется список доступных программ, после выбора появляется программа, в которой и создается объект (например, диаграмма Excel или графика Corel Draw). Экспорт. Есть несколько возможностей передачи данных. • Через буфер обмена — Copy map To Clipboard. Этот способ очень удобен для быстрой передачи данных в презентацию или документ Word. Для этого удобнее в конечном документе делать такую специальную вставку, как Windows Metafile. • Экспорт в растровые форматы (*.bmp, *.jpeg, *.tif, *.pcx, *.png). Следует заметить, что при экспорте с компоновки экс­портируется лист карты целиком, а при экспорте с режима Data View экспортируется видимая на экране область. В опциях­ можно указать желаемое разрешение и качество файла. • Экспорт в формат *.pdf — дает наиболее компактный файл карты, который хорошо распечатывается. • Экспорт в векторные форматы (*.ps, *.emf, *.cgm) — все файлы этих форматов импортируются графическими редакторами, при импорте файлов *.eps как тип файла следует выбирать PostScript Interpreted. Печать. Стандартный диалог печати, как и для всех программ Windows. При печати непосредственно из геоинформационной системы (особенно ArcView 3.2) обязательно делать пробные отпечатки цветных карт, поскольку цвета на экране в ГИС могут значительно отличаться от цветов на напечатанном листе. Лучше такую работу провести на этапе подбора цвета условных обозначений. Основы проектирования и создания геобазданных. В ArcGIS 8 принят новый формат хранения данных геоинформационных систем — персональные пространственные базы данных. Это единый файл с расширением *.mdb, который при просмотре в ArcCatalog виден как папка, содержащая слои карты. Существующие шейпфайлы и таблицы импортируются в базу данных с помощью программы ArcCatalog.



Глава 4. Программный пакет ArcGIS

139

Удобство пользования пространственными базами данных состоит в том, что все слои карты находятся в одном физическом файле. и фактически вся карта состоит всего из двух файлов — самой карты (*.mxd) и файла данных карты(*.mdb). Неудобство состоит в том, что информацию из персональной базы данных труднее использовать в других проектах.

Глава 5

Дополнительные модули и программы ГИС Модуль 3D analyst Дополнительный модуль 3D Analyst и связанная с ним программа просмотра ArcScene предназначены для создания и визуализации объемных моделей поверхности и, применительно к геологии, для получения трехмерной модели геологической среды. Есть два принципиально разных подхода к воспроизведению объемных моделей поверхности. 1. Поверхность создается как нерегулярная треугольная сеть между точками со значением рельефа. Это похоже на геодезическую сеть триангуляции. На этом принципе основана программа 3D Analyst. 2. Поверхность создается как прямоугольный грид (сетка) размером n:m ячеек, и каждой ячейке приписывается значение высоты, интерполированное из исходных значений тем или иным способом. На этом принципе основана программа Spatial Analyst. Возможно преобразование одного типа данных в другие, объемная визуализация ведется в программе ArcScene. Для работы с программой 3D Analyst надо подключить ее, как дополнительный модуль (Tools – Extensions – 3D Analyst), и панель инcтрументов 3D Analyst (View – Toolbars – 3D Analyst). Основные действия программы вынесены в меню в левой части панели, наиболее часто встречаемые операции по анализу и визуализации имеют вид кнопок, здесь же находится кнопка быстрого вызова программы визуализации ArcScene.



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

141

Создать/изменить TIN (triangle irregular network, нерегулярная треугольная сеть). В списке в левой части формы следует галочками отметить темы векторных объектов, которые надо преобразовать в поверхность (рис. 5.2). Таких тем может быть несколько — например, изолинии рельефа (рис. 5.1) и точки тригопунктов с абсолютными отметками. В левой части формы можно определить, в каком поле находится высота для создания поверхности (height Source) и то, как эта высота будет интерпретирована (Triangulate As): • Mass points — просто как точки с данными высоты. • Soft line — линии с определенной высотой, но не образующие переломов в рельефе, а только задающие его форму. • Hard line — жесткие элементы рельефа с известной высотой. Например, линии водотоков, хребты, дороги. В созданной объемной модели отражаются переломом рельефа.

Рис. 5.1. Исходная карта рельефа в изолиниях

Рис. 5.2. 3D Аnalyst — параметры расчета поверхности

142

Применение геоинформационных систем в геологии

Визуализация в ArcMap. Созданная поверхность отображается как новый слой, по умолчанию к ней применяется легенда типа Graduated Color (рис. 5.3). В свойствах вида становится доступным управление освещением объекта (Illumination). По умолчанию источник света устанавливается с северо-запада на высоте 30° над горизонтом, контраст освещенности равен 3 (рис. 5.4). В зависимости от рельефа поверхности эти свойства можно изменить для лучшей визуализации. Чем ниже солнце, тем «рельефнее» отображается поверхность, контраст изменяет соотношение свет-тень при текущем положении источника.

Рис. 5.3. 3D Аnalyst — визуализация рассчитанной поверхности

Рис. 5.4. Настройка освещенности в свойствах рамки данных



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

143

Визуализация в ArcScene Намного нагляднее поверхность выглядит в программе объемной визуализации ArcScene. Интерфейс программы, в целом, соответствует интерфейсу ArcMap, но добавлены некоторые инструменты просмотра трехмерного изображения, а также дополнительные свойства рамки данных и слоев объемной модели. К обычному набору инструментов добавляются следующие кнопки: • Navigate (трехмерная навигация) — левая кнопка мыши вращает поверхность вокруг горизонтальных и вертикальных осей, правая — одновременно с протягиванием мыши приближает/удаляет изображение. • Fly (полет) — имитирует полет над трехмерным рельефом при движении курсором. Режим останавливается щелком правой кнопки мыши. • Zoom In/Out — при движении мыши на себя с зажатой левой кнопкой увеличивает изображение, при обратном — уменьшает. • Set Observer — устанавливает точку просмотра трехмерной поверхности. • Zoom To Target — увеличивает изображение до выбранного объекта на трехмерной поверхности. У свойств трехмерной сцены есть 4 группы. Три из них (Extent, Illumination, Coordinate System) аналогичны свойствам рамки данных в ArcMap, к общим (General) свойствам добавляется свойство преувеличения вертикального масштаба над горизонтальным (Vertical Exagiration). По умолчанию оно установлено в положение None, его можно рассчитать (программа рассчитывает коэффициент исходя из взаимного расположения всех трехмерных поверхностей сцены) или установить собственный (рис. 5.5). Чем выше коэффициент, тем круче углы наклона трехмерной поверхности (рис. 5.6). Существующие двухмерные данные можно добавить в ArcScene, но при этом они будут отображаться значительно ниже поверхности (рис. 5.7), так как для подгруженных двухмерных объектов координата высоты равна 0. Для того чтобы совместить двухмерные данные с трехмерной поверхностью, нужно установить свойство Базовая высота (Base Height). Оно может быть определено как постоянная

144

Применение геоинформационных систем в геологии

величина или как какая-либо поверхность. Например, чтобы правильно показать двухмерные реки на трехмерной модели надо как Base Height поставить поверхность рельефа (рис. 5.8).

Рис. 5.5. Настройка превышения вертикального масштаба над горизонтальным

Рис. 5.6. Объемное изображение поверхности при факторе превышения масштаба, равном 5 (слева) и 25 (справа)

Рис. 5.7. Двухмерные объекты (реки и скважины) с учетом и без учета базовой высоты слоя



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

145

Рис. 5.8. Установка свойств Базовая высота для двухмерных объектов

Существующим двухмерным данным можно придать трехмерность, используя свойство Extrusion (Выступание). Например, полигональной теме Здания можно придать высоту (некоторую фиксированную или как свойство какого-то поля атрибутивной таблицы) или точечной теме Скважины придать глубину, согласованную с полем «глубина». Свойство Offset (Сдвиг) позволяет сдвинуть все двухмерные объекты относительно трехмерной поверхности (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Скважины с включенными свойствами Extrusion (Выступание) и Offset (Сдвиг над поверхностью)

146

Применение геоинформационных систем в геологии

Интерполировать в растр — меню, относящееся к модулю Spatial Analyst, будет подробно описано в соответствующей главе.

Анализ поверхности После создания объемной поверхности ее можно проанализировать (например, создать карту в изолиниях, создать карту углов склона или экспозиции склона, построить профиль по поверхно­ сти) или преобразовать, как к другому представлению, так и к слою векторных объектов. • Contour — создание контуров с заданным пользователем шагом. Задаются минимальный/максимальный контуры и шаг между ними. Результаты операции — линейный шейп-файл с контурами. Аналогично этой операции есть инструмент Create contour, создающий изолинию как графический объект по всей карте от точки, указанной пользователем. • Slope — создание карты углов склонов. Она может быть полезна, например, в инженерной геологии, при оценке оползневой устойчивости территории (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Анализ поверхности. Карта углов склона



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

147

Важно! Для создания такой карты данные должны быть спро­ ецированы, т. е. XY координаты — в метрах, такие же, как и значение высоты. Только в этом случае углы склонов будут правиль­ ными. • Aspect — карта зкспозиции (ориентировки наклона склона). Результат построения — растр, содержащий азимут наклона склона, классифицированный по 8 направлениям (север — юг, запад — восток и промежуточные). Карта может приме­няться для планирования работ по аэрофотосъемке (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Анализ поверхности. Карта экспозиций склона

• Hillshade — создание возможного вида поверхности при заданном положении источника света, т. е., например, можно приблизительно представить, как будет выглядеть аэрофотоснимок данной территории в данное время дня и года (рис. 5.12).

148

Применение геоинформационных систем в геологии

Рис. 5.12. Анализ поверхности карт теневого рельефа

• Viewshed — оценка области видимости. Как входной параметр применяется к теме поверхности и теме, содержащей положение наблюдателя. Результат — растр, содержащий области видимые и не видимые наблюдателю в указанном положении. Аналогично работает инструмент Create Line of Sight — задается высота положения наблюдателя, высота объекта, который надо увидеть, и рисуется линия на карте. Линия становится двухцветной — зеленой в видимой области и красной в невидимой (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Оценка области видимости — инструмент ViewShed



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

149

• Cut/Fill — оценка величины эрозии-седиментации для двух поверхностей (поверхностей рельефа на два временных рубежа). Положительные значения растра — области седиментации, отрицательные — области эрозии. • Area and volume — расчет площадей и объемов для трехмерных поверхностей. Может быть рассчитан относительно фиксированного значения высоты (т. е. выше или ниже какой-либо изолинии) или как объем между двумя поверхностями. • Профиль — инструмент позволяет провести профиль рельефа по заданной линии. Инструмент Interpret Line задает линию профиля, инструмент Profile Graph создает сам профиль как диаграмму в карте (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Построениие профиля

• Короткий путь — показывает направление наибольшего уклона склона, куда покатится мяч, отпущенный на склоне в этой точке. • Переклассифицировать — похоже на функцию Найти и заменить. Каждое значение ячейки растра заменяется другим значением. Наиболее частые применения — заменить значения, получив новую информацию, а также для лучшей визу-

150

Применение геоинформационных систем в геологии

ализации или перехода к другой системе измерений, можно также заменить «нет данных» на значения и наоборот. • Преобразовать: - объекты к объектам 3D; объекты переводятся в shape-файлы с координатой Z, которая берется также как при задании базовой высоты объекта, о чем сказано выше. Так, например обычный слой рек, преобразованный в трехмерный объект, автоматически окажется на поверхности рельефа; - растр в объекты; - растр в TIN — преобразует растровое изображение в TIN; чем меньше значение параметра Z toleranse (единиц высоты), тем выше точность преобразования, и более деталь­ ная сеть TIN получается в результате; - TIN в растр — операция обратная предыдущей; - TIN в объекты — преобразует TIN обратно в данные, из которых был построен. Настройки модуля 3D Analyst задаются в пункте меню Op­ tions. • Рабочая директория — куда по умолчанию будет помещаться папка, содержащая трехмерную поверхность. • Координатная система — для созданной поверхности может быть использована координатная система входного файла или система рамки данных. • Границы поверхности — по входной информации или ограничено координатами. • Размер минимального элемента поверхности.

Модуль Spatial Analist Дополнительный модуль Spatial Analyst предназначен для со­ здания объемных моделей поверхности и, применительно к геологии, создания трехмерной модели геологической среды. В отличие от модуля 3D Analyst, в программе Spatial Analyst поверхность создается как прямоугольный грид (сетка) размером n:m ячеек, и каждой ячейке приписывается значение высоты, интерполированное из исходных значений тем или иным способом.



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

151

Возможно преобразование поверхностей, созданных в программе 3D Analyst в гриды, и наоборот, объемная визуализация ведется только в программе ArcScene. Для работы с программой Spatial Analyst надо подключить ее, как дополнительный модуль (Tools – Extensions – Spatial Analyst), и панель инcтрументов Spatial Analyst (View – Toolbars – 3D Analyst). Основные команды работы с программой вынесены в меню Spatial Analyst в левой части панели. Здесь, так же, как и в 3D Analyst, с помощью команд меню можно создать растр, проанализировать его, сделать статистику по растру, преобразовать к другим типам данных. Кроме этого, в программу добавлено мощное средство анализа и редакции растров — Калькулятор растров.

Создание растров Растры из исходных данных в Spatial analyst создаются тремя алгоритмами (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Растр поверхности рельефа, созданный методами взвешенных обратных расстояний, сплайн и крайгинг

152

Применение геоинформационных систем в геологии

1. Inverse Distance Weighted (Взвешенных обратных расстояний) — значение при интерполяции в клетке определяется как усредненное ближайших от ячейки значений данных. Чем ближе в ячейке точка данных, тем большее влияние (вес) она оказывает на процесс усреднения. • Степень влияния (Power) — параметр расчета, указыва­ ющий степень влияния точки данных на значение ячейки. Чем он выше, тем более детальная и менее сглаженная карта получается. В общем случае принимается равным двум. • Радиус поиска — указывает, на каком максимальном рас­ стоянии будет вестись поиск данных для вычисления значения ячейки. Может быть фиксированным и переменным. • Барьер — полилиния, используемая как разделитель при расчете. Точки данных по одну сторону принимаются для расчета, по другую — нет. Например, обрывы рельефа или разрывы на структурных картах. 2. Spline (сплайн) — интерполяция использует математическую функцию для описания поверхности минимальной кривизны, проходящей точно через точки данных. Есть два вида интерполяции: • регулярный — гладкая постепенно изменяющаяся поверхность, которая может лежать за пределами точек данных; • натяжения — менее гладкая поверхность, более точно проходящая через исходные точки данных. 3. Kriging (крайгинг) — геостатистический метод, включающий анализ точек, построение вариограмм и поверхности. В отличие от методов обратных расстояний и сплайн, крайгинг яв­ ляется статистическим методом, рассчитывающим автокорреляцию точек исходных данных. Есть два вида крайгинга: • регулярный (Ordinary) — предполагается, что неизвестен закон распределения данных в пространстве; • универсальный (Universal) — известен тренд распределения данных (например, ориентировка хребтов и долин в рельефе или преимущественная ориентировка геологических структур).



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

153

Крайгинг может использоваться с фиксированным (точки на некотором расстоянии от ячейки данных) или переменным (радиус поиска меняется так, чтобы определенное количество точек данных в него попадало) радиусом поиска. Для интерполяции поверхности надо выбрать в меню Interpolate to Raster желательный метод интерполяции и определить его параметры (точечная тема на вход, в каком поле базы данных находится значение высоты), дополнительные установки метода интерполяции, положение и размер ячеек для грида в результате вычислений.

Анализ поверхности Анализ поверхности точно соответствует анализу поверхности в 3D Analyst (более подробно описано в соответствующей главе). • Contour — создание контуров с заданным пользователем шагом. • Slope — создание карты углов склонов. • Aspect — карта экспозиции (ориентировки наклона склона). • Hillshade — создается возможный вид поверхности при заданном положении источника света, • Viewshed — оценка области видимости. • Cut/Fill — оценка величины эрозии-седиментации для двух поверхностей (поверхностей рельефа на два временных рубежа). • Area and volume — расчет площадей и объемов для трехмерных поверхностей.

Операции с растрами Производятся при помощи калькулятора растров (рис. 5.16). Калькулятор растров позволяет производить как простые арифметические операции, так и специальные вычисления, например, для гидрологического или гидрогеологического моделирования. Этот инструмент схож с калькулятором полей. В левой части находится список доступных растров, в правой — кнопки доступных арифметических и логических выражений, в нижней части формы — окно построения выражения. Кнопка в левом нижнем углу откидывает панель дополнительных операции (округление

154

Применение геоинформационных систем в геологии

растра (Floor), приведение растра к целочисленному (Int) или растру в плавающей точке (Float) и др, а также тригонометрические и логарифмические операции).

Рис. 5.16. Калькулятор растров

Простые вычисления могут быть применены для построения карт мощностей слоев (если есть карта подошвы и кровли). Мощность = [Подошва] – [Кровля] Если есть оценки возраста слоев, то можно интерполировать промежуточную поверхность заданного возраста (при предположении о постоянной скорости осадконакопления). Например, есть карты подошвы и кровли мела, тогда Подошва верхнего мела = [подошва мела] + ([Подошва мела] – – [Кровля мела] × (длительность нижнего мела/длительность мела)).

Гидрологическое моделирование В алгебре карт есть набор операций, позволяющих моделировать течение жидкости на поверхности — пути движения водных потоков для соответствующего рельефа местности.



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

155

Flow Direction ([elevation]) — дает в результате растр направлений течения (т. е. для каждой точки рельефа (растр [elevation]) дается направление, в котором потечет вода. Flow Accumulation (Flow Direction ([elevation])) — дает в результате растр предполагаемого направления водотоков, получающихся суммированием направлений тока (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Результаты моделирования течения рек по рельефу

156

Применение геоинформационных систем в геологии

Basin (Flow Direction ([elevation])) — области бассейнов водосбора для потоков.

Гидрогеологическое моделирование В алгебре карт есть набор операций, позволяющих промоделировать течение жидкости в неоднородной среде, где как входной параметр участвует не только файл структурной поверхности слоя, но и растры пористости, проницаемости, мощности. Как результат использования такой команды получаются растры скорости и направления течения жидкости в слое. Таким образом, имея структурные карты и данные о литологии пород, можно решать гидрогеологические задачи. DARCYFLOW([структурная поверхность], [пористость], [мощность], [проницаемость], [выходной растр направления течения], [выходной растр скорости течения]). В результате расчета получаются карты направления и скорости течения жидкости в слое, имеющем неоднородный состав.

Подготовка цифровой модели для МПР При защите Государственной геологической карты на научноредакционном совете ВСЕГЕИ исполнитель обязан сдать кроме бумажной версии цифровую модель карты. Последняя жестко регламентирована и закреплена в инструктивных требованиях («Временные…»). Цифровая модель представляет собой набор каталогов с фиксированными именами, в каждом из которых находятся слои карты в цифровом виде. Формат данных — *.gen (векторные данные в текстовом фор­ мате) и *.dbf (атрибутивная информация). В корневом каталоге должен находится файл геологической легенды. Для проверки правильности создания цифровой модели сущест­ вует программа MapAudit. Наиболее простой способ создания цифровой модели — экспорт из векторизатора в формате GEN+DBF. Если по какой-то



157

Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

причине это невозможно и существуют только слои карты в формате ShapeFile, их можно экспортировать с помощью скрипта shp2gen. Пример состава цифровой модели геологической карты для листа N1111. N1111 — каталог карты листа N1111 N1111g — каталог геологической карты Basea — каталог геологических объектов Basea.gen+dbf — полигоны геологических объектов Baseal.gen+dbf — геологические границы Tect — каталог разрывных нарушений Oobs — каталог точек наблюдения Oobsp.gen + dbf — слой точек наблюдения N1111q — каталог карты четвертичных отложений N1111r — каталог геологического разреза n1111gls.dbf — файл легенды геологической карты, имеющий примерно следующий вид Таблица 5.1. Таблица легенды геологической карты L_code

B_code

Index

Text_1

Text_2

10

10

Q[IV]

Четвертичная система...

—

...

...

...

...

...

150

40

K[1]

Меловая система. Нижний отдел…

—

…

...

...

...

...

1250

17810

—

Лейкограниты крупнозернистые

—

Следует отметить, что при кажущейся простоте и ясности по­ строения цифровой модели, процесс ее создания, проверки и исправления ошибок занимает значительное количество времени. Кроме цифровой модели карты, к сдаче обязательна база данных первичной информации и формализованная геологическая легенда в формате АДК («Создание Госгеолкарты-200…»).

158

Применение геоинформационных систем в геологии

Эталонная база данных Поскольку требования к оформлению геологической карты, как печатной, так и электронной, закреплены инструктивно, то кроме бумажной версии «Инструкции по составлению…» (Инструкция, 1995) существует ее электронная версия «Программа просмотра эталонной базы условных обозначений». В ней содержится полный набор условных обозначений, принятых в «Инструкции...», кроме того, для каждого знака определено его изображение на компьютере (например, кислые породы нормального ряда изображаются сплошным фоном с RGB от 202,0,5 до 254,158,80 — красный цвет, а крупнозернистые лейкограниты изображаются символом № 80 из шрифта Mark5, RGB 0,0,0, размером 3.5 мм). Каждый условный знак имеет свой уникальный номер (для предыдущего случая — 3450 и 17810), который должен быть прописан в файле легенды геологической карты в поле B_code (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Окно просмотра эталонной базы условных обозначений

Несколько подразделений могут иметь один B_code (например, все меловые образования или все кислые интрузивы).



Глава 5. Дополнительные модули и программы ГИС

159

Если цифровая модель и легенда геологической карты составлены правильно, то карта в верных цветах и условных обозначениях будет сгенерирована на картфабрике автоматически. Проверить на локальном компьютере это можно, подключив расширение ArcView 3.2 vdlib32 (СпецИКЦ), которое при правильно составленной легенде оформляет карту в соответствии с требованиями инструкции.

Рекомендации по преподаванию курса «Применение геоинформационных систем в геологии» Некоторые аспекты проведения курса рассмотрены в статьях (Коротаев, Тевелев, 2000; Коротаев, Ершов, 1999). Возможно несколько вариантов проведения курса. 1 семестр. Введение в применение ГИС в геологии. Векторизация геологической карты, оформление ее в ArcView или ArcGIS. Оформление готовой геологической карты в ArcGIS, редактирование, привязка растров, модули расширения 3D Analyst, Spatial Analyst. 2 семестр. Векторизация учебной геологической карты (бланковки), оформление ее в ArcView. Векторизация сложной (1:200 000) учебной геологической карты, оформление ее в ArcGIS, редактирование, привязка растров, модули расширения 3D Analyst, Spatial Analyst. Наилучший вариант проведения занятий, когда каждый студент работает на индивидуальном компьютере над индивидуальным проектом, выполняя все стадии создания ГИС — от рисовки карты для сканирования до конечной верстки выходного листа карты. Для краткого курса как картографическая основа рекомендуется учебная бланковая геогическая карта (около 10 геологических подразделений, 20–30 полигональных объектов, несложный рельеф, см. рис. 2.2). Для полного курса лучше использовать учебную геологическую карту, по сложности сопоставимую с геологической картой масштаба 1:200 000 (около 20–30 геологических подразделений, 100–200 полигональных объектов, элементы залегания, стратоизогипсы, маркирующие горизонты, много типов границ и разрывов).



Рекомендации по преподаванию курса

161

Каждое занятие начинается с лекции по текущей теме (1/3 продолжительности занятия) и продолжается самостоятельной работой студентов по теме. Примерный план занятий приведен в Приложении 2. Курс завершается зачетом — несколько коротких практических заданий, которые нужно выполнить на примере собственного проекта студента.

Список Литературы 1. ДеМерс М. Географические Информационные системы. М.: Дата+, 1999. 2. Инструкция по составлению и подготовке к изданию листов геосударственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:200 000. М.: Роскомнедра, 1995. 3. Кеннеди М., Копп С. Картографические проекции М.: Дата+, 2001. 4. Коротаев М. В., Ершов А. В. Компьютерные технологии на геологическом факультете МГУ // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации, № 1(18), 1999. С. 51. 5. Коротаев М. В., Тевелев А. В. Обучение ГИС на геологическом факультете МГУ // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации, № 2(24), 2000. С. 50–51. 6. МакКой Д., Джонстон К. ArcGIS Spatial Analyst, Руковод­ ство пользователя. М.: Дата+, 2001. 7. Минами М. ArcMap. Руководство пользователя. М.: Дата+, 2001. Ч. 1–2. 8. Создание Госгеолкарты-200 с применением компьютерных технологий: методическое руководство / Под ред. Н. В. Межелов­ ского, А. Ф. Морозова. М. МПР, 1999. 9. Стороженко Е.В. ArcView для геологов (в помощь начинающим). Екатеринбург. Уральская геологосъемочная экспедиция, 2001. 10. Требования по представлению в НРС и ГБЦГИ цифровых моделей листов Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:200 000. 2-е издание/ Гл. ред Г. А. Любимов. СПб.: ВСЕГЕИ, 1999. 11. Шаэр Д., Райтсел Д. Редактирование в ArcMap. М.: Дата+, 2001.



Список литературы

163

12. Южанинов В.С. Картография с основами топографии. М.: Высшая школа, 2001. 13. Mitchell A. ESRI Guide to GIS Analysis. Redlands. ESRI Press, 1999. 14. Zeiler M. Modeling Our World (ESRI Guide to Geodatabase Design). Redlands. ESRI Press, 1999.

Приложение 1

Контрольные вопросы по курсу «Геоинформационные системы в геологии» Список контрольных вопросов к разделу курса «Векторизация геологических карт»   1. Создание карты в MapEdit.   2. Подгрузка растра.   3. Загрузка существующих библиотек.   4. Создание линейной темы (границы, разрывы). Настройка вида.   5. Настройка параметров векторизации для линейной темы.   6. Создание полигональной темы.   7. Создание структуры данных для линейной темы.   8. Создание структуры данных для полигональной темы.   9. Ручная векторизация и редакция (рамка). 10. Полуавтоматическая векторизация и редакция (геология). 11. Заполнение таблиц данных при векторизации (изолинии). 12. Расчет топологии. Отсечение висячих дуг. 13. Поиск висячих дуг. 14. Расстановка меток полигонов. Контроль правильности заполнения­ таблиц. 15. Поиск полигонов без меток. Схлопывание полигонов. 16. Расчет объектов из покрытия. 17. Привязка карты. Ошибка привязки. 18. Экспорт. Параметры экспорта.



Приложение 1

165

Список контрольных вопросов к разделу курса «Геоинформационная система ArcView 3.2»   1. Основные документы ArcView.   2. Создание проекта ArcView. Создание вида.   3. Настройка рабочей директории ArcView.   4. Загрузка тем в вид.   5. Настройка вида (проекция, масштаб).   6. Настройка изображения (зумирование, панорамирование, отображение активного вида, темы, объекта).   7. Настройка легенды темы. Сохранение/загрузка легенды.   8. Установка видимости и редактируемость тем. Порядок рисовки тем в виде.   9. Редакция тем. Редактирование объектов, редактирование узлов объектов. 10. Графика в виде. Условия редактируемости тем и графики. 11. Простановка индексов (ручная и автоматическая). 12. Расширения ArcView. Как подключить? 13. Запись геологических индексов в таблицу. 14. Идентификация объектов. 15. Выделение объектов на карте. Снятие выделения. 16. Создание таблицы (3 поля). Создание записей в таблице. 17. Запрос к таблице. Сложные запросы. Запросы к запросам. 18. Вычисления в таблицах. Калькулятор. Сложение числовых полей. Особенности работы со строковыми полями. 19. Сортировка в таблицах. Выделение всех записей, снятие выделение, инверсия выделения. 20. Создание диаграмм. Идентификация точки на диаграмме. 21. Настройка диаграмм. 22. Создание горячих связей. 23. Горячая связь с текстом. 24. Горячая связь с изображением. Возможные типы файлов. 25. Горячая связь с документом проекта. 26. Создание компоновки. Добавление вида в компоновку. 27. Добавление легенды, таблицы, диаграммы в компоновку.

166

Приложение 1

28. Настройка масштаба вида в компоновке. Добавление масштабной линейки, стрелки севера. 29. Создание рамки карты. Подписи на компоновке. 30. Экспорт из вида и компоновки. Типы экспортируемых файлов. 31. Объединение и связывание таблиц. 32. Горячая связь с пользовательским скриптом.

Список контрольных вопросов к разделу курса «Геоинформационная система ArcGIS 8.3»   1. Основные документы ArcMap.   2. Создание проекта ArcMap.   3. Настройка путей проекта.   4. Загрузка тем в карту.   5. Настройка фрейма (проекция, масштаб).   6. Настройка изображения (зумирование, панорамирование, отображение активного вида, темы, объекта).   7. Настройка легенды темы. Типы легенд Сохранение/загрузка легенды.   8. Создание новых знаков в легенде карты.   9. Установка видимости и редактируемость тем. Порядок рисовки тем в виде. 10. Редакция тем. Редактирование объектов, редактирование узлов объектов. 11. Графика во фрейме. Условия редактируемости тем и гра­фики. 12. Простановка индексов. 13. Расширения ArcMap. Как подключить? 14. Запись геологических индексов в таблицу. 15. Идентификация объектов. 16. Выделение объектов на карте. Снятие выделения. 17. Создание таблицы (3 поля). Создание записей в таблице. 18. Запрос к таблице. Сложные запросы. Запросы к запросам. 19. Вычисления в таблицах. Калькулятор. Сложение числовых полей. Особенности работы со строковыми полями. 20. Сортировка в таблицах. Выделение всех записей, снятие выделение, инверсия выделения.



Приложение 1

167

21. Объединение и связывание таблиц. 22. Создание диаграмм. Идентификация точки на диаграмме. 23. Настройка диаграмм. 24. Создание гиперссылок. 25. Типы гиперссылок. 26. Компоновки. Добавление фрейма в компоновку. 27. Добавление легенды, таблицы, диаграммы в компоновку. 28. Настройка масштаба вида в компоновке. Добавление масштабной линейки, стрелки севера. 29. Экспорт из вида и компоновки. Типы экспортируемых файлов. 30. Преобразование проекций. 31. Расширения 3D Аnalyst и Spatial Analist. Различия в анализе данных. 32. Создание поверхности из темы объектов. 33. Легенда к поверхности. 34. 3D сцена. Управляющие элементы. 35. Свойства 3D сцены. Вертикальный масштаб, освещение. 36. Преобразование двухмерных объектов в 3D объекты. 37. Способы объемного отображения двухмерных объектов в 3D scene. Свойства 3D темы. 38. Производные поверхности от трехмерных поверхностей: изолинии, угол склона (slope), экспозиция (aspect), теневой рельеф (hillshade). 39. Площадь и объем трехмерного тела. 40. Построение и отображение профиля объемной поверх­ности. 41. Расширение Geoprocessing: растворение (dissolve). 42. Расширение Geoprocessing: соединение (merge). 43. Расширение Geoprocessing: обрезка (clip). 44. Расширение Geoprocessing: пересечение (intesect). 45. Расширение Geoprocessing: объединение (join). 46. Расширение Geoprocessing: пространственное объединение (spatial join). Привязка растра в ArcView 8.

Приложение 2

Примерный план лабораторных работ по курсу «Геоинформационные системы в геологии» Примерный план лабораторных работ по разделу курса «Векторизация геологических карт» и «Геоинформационная система ArcView 3.2» 1

Вводная лекция. Отрисовка карт под векторизацию.

2

Создание карты в MapEdit. Подгрузка растра. Загрузка существующих библиотек. Создание линейной темы (границы, разрывы). Настройка вида. Настройка параметров векторизации для линейной темы. Создание полигональной темы. Создание структуры данных для линейной и полигональной темы. Ручная векторизация и редакция (рамка). Полуавтоматическая векторизация и редакция (геология). Заполнение таблиц данных при векторизации(изолинии).

3

Расчет топологии. Отсечение висячих дуг. Поиск висячих дуг. Расстановка меток полигонов. Контроль правильности заполнения таблиц. Поиск полигонов без меток. Схлопывание полигонов. Расчет объектов из покрытия. Привязка карты. Ошибка привязки. Экспорт. Параметры экспорта.

Продолжение 



Приложение 2

169

Продолжение 4

Практическое занятие — векторизация.

5

Основные документы ArcView. Создание проекта ArcView. Создание вида. Настройка рабочей директории ArcView. Загрузка тем в вид. Настройка вида (проекция, масштаб). Настройка изображения (зумирование, панорамирование, отображение активного вида, темы, объекта). Настройка легенды темы. Сохранение/загрузка легенды. Установка видимости и редактирование тем. Порядок рисовки тем в виде.

6

Редакция тем. Редактирование объектов, редактирование узлов объектов. Графика в виде. Условия редактируемости тем и графики. Простановка индексов (ручная и автоматическая). Расширения ArcView. Как подключить? Запись геологических индексов в таблицу. Идентификация объектов. Выделение объектов на карте. Снятие выделения.

7

Создание таблицы (3 поля). Создание записей в таблице. Запрос к таблице. Сложные запросы. Запросы к запросам. Вычисления в таблицах. Калькулятор. Сложение числовых полей. Особенности работы со строковыми полями. Сортировка в таблицах. Выделение всех записей, снятие выделение, инверсия выделения. Объединение и связывание таблиц. Создание диаграмм. Идентификация точки на диаграмме. Настройка диаграмм.

8

Создание горячих связей. Горячая связь с текстом. Горячая связь с изображением. Возможные типы файлов. Горячая связь с документом проекта.

9

Создание геологической легенды.

10

Создание компоновки. Добавление вида в компоновку. Добавление легенды, таблицы, диаграммы в компоновку.

170

Приложение 2 Настройка масштаба вида в компоновке. Добавление масштабной линейки, стрелки севера. Создание рамки карты. Подписи на компоновке. Экспорт из вида и компоновки. Типы экспортируемых файлов.

Примерный план лабораторных работ по разделу курса «Геоинформационная система ArcGIS 8.3 и модули расширения» 1

Программа ArcCatalog — управление файлами, создание файлов, создание персональных баз пространственных данных, создание соединений (быстрый доступ). Создание шейп-файлов. Соответствие терминов ArcView и ArcMap.

2

ArcMap — основы интерфейса. Главная панель инструментов, просмотр, выбор, идентификация. Виды инструментов просмотра. Поиск. Статусная строка. Основы ArcMap — интерфейс, проект, Документы проекта, фреймы, слои, легенда, таблицы, запросы к ним, диаграммы. Загрузка данных в ArcMap. Используемые типы данных. Отображение тем — видимость, активность и редактируемость тем. Легенда темы. Типы легенд. Создание своих символов в легенде. Настройка фрейма карты и настройка слоя. Создание стилей.

3

Индексы и слой аннотаций. Индексы с подложкой (для изолиний).

4

Работа с таблицами — создание, вычисление, запрос, объединения, связывание таблиц. Расчет площадей и периметров. Использование данных GPS в ArcGIS. Построение диаграмм. Запрос и анализ тем. Запрос по атрибутам, Горячие связи, связь с файлом. Типы положения данных при гиперсвязи. Возможно­сти связи с документами других программ.

5

Редактирование тем. Сохранение топологии при редактировании Расширения ArcView Geoprocessing. Их применение для решения геологических задач.

6

Привязка растра. По координатам и по подложке. Типы преобразований. Сохранение привязанного растра.

Продолжение 



Приложение 2

171

Продолжение Координатные сетки. Настройка проекций. Projection Utility Wizard. Номенклатура листов. 7

3D Аnalyst — введение, создание моделей поверхности, отображение поверхностей в видах, анализ поверхности, 3D визуализация.

8

Spatial Analist — построение гридов, конвертация существу­ющих данных в грид.. Типы расчета. Алгебра карт.

9

Поиск объектов по расположению относительно других объектов. Настройка ArcView для целей пользователя. Основы проектирования и создания геобазданных. Особенности применения геоинформационных систем в геологии. Компоновки, экспорт, печать. Легенда карты, конструктор легенд. Анализ существующих данных и проектирование оптимальной геоинформационной системы.

10

GPS. Полевое занятие и обработка данных.

Учебное издание

Максим Валерьевич Коротаев Наталья Витальевна Правикова

Применение геоинформационных систем в геологии Учебное пособие

Зав. редакцией  Игнатова Е. С. Ведущий редактор  Климкин М. С. Редактор  Добровольская Е. Г. Корректор  Аввакумова Л. В. Художник серии  Новикова В. М. Компьютерная верстка  Краснощекова Н. М. Директор издательства  Чепыжов В. В.  

Подписано в печать 05.02.10. Формат 60×84/16. Бумага офсетная Гарнитура «Петербург». Печать цифровая Усл. печ. л. 10,11. Тираж 1000 экз. Заказ № Т-006 ООО «Издательство «КДУ». 119234, г. Москва, а/я 587 Тел./факс: (495) 9395732, 9394051 Http://www.kdu.ru. Email: [email protected] Отпечатано в типографии КДУ Тел./факс: (495) 939-40-51. E-mail: [email protected]