Курсовая работа. Дисциплина: «геоинформационные системы»

Дисциплина: «Геоинформационные системы»

Наименование темы: «Создание и применение ГИС для моделирования чрезвычайных ситуаций»

Код работы КП/КР: 20.03.01.26.02.2016

(код направления подготовки /специальности, программы, код кафедры, регистрационный номер по журналу, год)

Руководитель _______________________________________________

(уч. степень, звание, должность. Ф.И.О)

Выполнил студент Баландин Александр Витальевич

(Ф.И.О.)

Группа, курс ЗДЧС – 22

Дата сдачи ______________________________________

Дата защиты ______________________________________

Оценка по защите ______________________________________

(подпись преподавателя)

Вологда

2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2. ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРОГРАММНОЕ И АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГИС

3.1. Описание и анализ заданного района города

3.2. Регистрация растровой подложки

3.3. Структура и создание таблиц для ГИС

4. СОЗДАНИЕ ВЕКТОРНОЙ КАРТЫ РАЙОНА

4.1. Используемые стили оформления объектов и слоев

4.2. Векторизация объектов на карте

5. ЗАПОЛНЕНИЕ АТРИБУТИВНЫХ ДАННЫХ ОБЪЕКТОВ

5.1. Текстовые обозначения на карте

5.2. Заполнение атрибутивных полей и автоподписывание

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МАСШТАБОВ ЗАРАЖЕНИЯ СДЯВ

6.1. Расчеты прогноза заражения при аварии на химически опасном объекте

6.2. Создание таблиц и тематической карты масштабов заражения

7. ОТЧЕТЫ И ОФОРМЛЕНИЕ

7.1. Легенда условных обозначений

7.2. Масштабная шкала и направление на север

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной курсовой работы по дисциплине «Геоинформационные системы» является обучение работе с ГИС на примере создания электронной карты городского района и использованию ее для прогнозирования чрезвычайной ситуации (последствий техногенной катастрофы).

При выполнении курсовой работы требуется решить следующие общие задачи:

- создать и редактировать электронную карту населенного пункта;

- дешифровать спутниковые снимки высокого разрешения;

- векторизовать растровую карту;

- заполнить атрибутивные базы данных ГИС;

- прогнозировать последствия заражения СДЯВ территорий;

- оформить полученную карту;

Основание для выполнения курсовой работы является учебный план для профиля подготовки «Защита в чрезвычайных ситуациях», рабочая программа дисциплины «Геоинформационные системы» и выданное задание по курсовой работу (стр.2).

Основным исходным данным послужила цифровая копия адресного плана г. Вологда масштабом 1:10000.

Основным програмным средством для выполнения работы выбрана ГИС универсального назначения MapInfo Professional.

В качестве общей методики выполнения были использованы указания к лабораторному практикуму [1], интернет ресурс [2] и рекомендации для оформления работ, принятые в ВоГУ [3].

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Все исходные данные для выполнения курсовой работы были взяты из [1, 2] по варианту задания №12.

Рисунок 1 – Карта заданного района города [2]

Таблица 1 – Исходные данные к прогнозному расчету масштабов заражения СДЯФ [1]

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРОГРАММНОЕ И АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

При выполнении основных разделов курсовой работы было использовано следующее программное обеспечение:

- ГИС MapInfo Professional, версия 9,5;

- приложение «ЭКО центр. Прогноз масштабов заражения», версия 1,0;

- интернет – браузер Microsoft Explorer, версия 10.

Использованное аппаратное обеспечение:

- персональный компьютер с подключением к сети интернет;

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГИС

3.1. Описание и анализ заданного района города

Заданный район (рис 1) находится в западной части города Вологда. Район имеет размеры примерно 1100*800 м. Основными улицами этой части города является Ленинградская, Гончарная, Петина.

Большую часть территории в западной части занимает жилая застройка (коричневый цвет). На востоке находятся гаражи и производственно складские объекты (серо-синий цвет кварталов).

На северо-востоке находится железная дорога. На юге имеется небольшой пруд, на юго-востоке протекает река Золотуха.

Кроме перечисленного, на карте показаны линии сетки условной системы координат с шагом 500 м.

3.2. Регистрация растровой подложки

Первым этапом при создании электронной карты является регистрация растровой копии карты района. Регистрация - процесс сопоставления координат точек растрового изображения с действительными координатами на местности. Целью регистрации является корректное использование растрового изображения для дальнейшего накладывания географически привязанной информации.

Четыре контрольные опорные точки были выбраны на северных углах капитальных зданий на улицах Ленинградская, Гончарная и Чехова (рис. 2).

Рисунок 2 – Расположение контрольных точек (КТ)

Координаты контрольных точек были определены одним основным способом – с помощью картографического интернет – сервиса «Яндекс.Карты». Снятые географические координаты занесены в табл. 2.

Регистрация растрового изображения с картой района была сделана непосредственно в ГИС MapInfo Professional. Была выбрана картографическая проекция «Долгота/Широта (Пулково 1942)». Погрешность регистрации не превысила допустимую величину (табл. 2, последний столбец).

Таблица 2 – контрольные точки

3.3. Структура и создание таблиц для ГИС

В ГИС MapInfo Professional были созданы следующие таблицы данных: «гидрография», «железные дороги», «застройка», «зеленая зона», «кварталы», «текст» и «условные знаки».

В указанных таблицах содержатся поля символьного типа: «id», «номер» и «название».

4. СОЗДАНИЕ ВЕКТОРНОЙ КАРТЫ РАЙОНА

Векторизация – преобразование растрового представления пространственных объектов в векторную модель. В курсовой работе целью векторизации является подготовка электронной карты заданного района к наполнению ее объектов атрибутивной информацией.

4.1. Используемые стили оформления объектов и слоев

Перед векторизацией объектов каждого слоя в ГИС MapInfo Professional было задано оформление стиля областей и линий (цвета и стили границы и штриховки) согласно таблице 3. Для этого применялись инструменты «стиль области» и «стиль линии».

Таблица 3 – Стили оформления объектов на слоях

4.2. Векторизация объектов на карте

В панели «Управление слоями» ГИС MapInfo Professional выстроены слои по следующему порядку: «текст», «условные знаки», «застройка», «железные дороги», «гидрография», «зеленая зона», «кварталы».

Произведена векторизация карты с использованием режимов «совмещения узлов» и «автотрасировки». Для отрисовки использованы только два инструмента: «полигон» и «полилиния».

Векторизация объектов производилась по слоям в следующем порядке: «кварталы», «гидрография», «зеленая зона», «железная дорога», «застройка» и «условные знаки».

Применимый способ векторизации – ручной.

Виды обрисованных объектов на слоях:

- «кварталы»: территория и границы кварталов.

- «гидрография»: пруд и река.

- «зеленая зона»: газон у дороги.

- «железные дороги»: ж/д путь.

- «застройка»: здания жилые и не жилые.

- «условные знаки»: мосты через реку, мост через железную дорогу.

В панели «Управление слоями» были настроено единообразное оформление для слоев «гидрография», «зеленая зона», «железные дороги» и «застройка», согласно табл. 3.

На рис. 3 представлен результат выполненной векторизации.

Рисунок 3 – векторизованная карта района

5. ЗАПОЛНЕНИЕ АТРИБУТИВНЫХ ДАННЫХ ОБЪЕКТОВ

Для нанесения надписей, названий, заголовков, и другой информации на карту заданного района в ГИС MapInfo Professional были применены два способа: создание текстовых объектов и прописывание с использованием данных из таблиц.

5.1. Текстовые обозначения на карте

В ГИС MapInfo Professional открыт сохранённый ранее рабочий набор, затем в панели «стиль текста» настроено оформление будущих надписей на карте (шрифт Arial Cyr, тип фона текста – «Кайма»)

На слое «текст» инструментом «текст» нанесены названия улиц – рис. 4

Рисунок 4

5.2. Заполнение атрибутивных данных объектов

Инструментом «Информация» были заполнены следующие поля для объектов на слоях:

- «гидрография»: пруд и река (поле «название»)

- «зеленая зона»: аллея (поле «название»)

- «застройка»: здания (поле «номер»)

- «кварталы»: кварталы, гаражи и складские помещения (поле «название»)

Информация о номерах зданий и названиях объектов уточнялась по данным картографических сервисов «Яндекс.Карты» и «ГИС – Вологда».

Полнота заполнения полей проверилась выводом информации о каждой таблице данных в виде списков.

Заполненные списки приведены в таблице 5-8.

Через панель «управление слоями» включено автоматическое прописывание и настроено оформление для слоев «гидрография», «зеленая зона», «застройка» и «кварталы». Стиль подписей: шрифт – Arial Cyr, тип фона – кайма.

Таблица 5 – список данных таблицы «гидрография»

Таблица 6 – список данных таблица «зеленая зона»

Таблица 7 – список данных таблица «кварталы»

Таблица 8 – список данных таблицы «застройка»

6 ПРОГНОЗИРОВНИЕ МАСШТАБОВ ЗАРАЖЕНИЯ СДЯВ

Прогнозирование масштабов заражения СДЯВ производится по утвержденной методике РД 52.04.253-90 [4]. Для автоматизированного расчета и нанесения на карту рассчитанных зон заражения в курсовой работе было использовано приложение «ЭКО центр. Прогноз масштабов заражения»

6.1. Расчеты прогноза заражения при аварии на химически опасном объекте

В приложении «ЭКО цент. Прогноз масштабов заражения» был создан новый проект и загружена подложка растровой карты заданного района. Согласно исходным данным по табл. 1 на карте задан химически опасный объект (ХОО) и введены характеристики СДЯВ.

В этом приложении были отрисованы жилые зоны и задана плотность их населения. Затем введены характеристики воздуха и произведен оперативный прогноз масштабов заражения при четырех заданных и автоматическом выборе направления ветра. Подробные результаты расчета сохранены в отчетах – файлах.

Основные результаты прогноза по пяти вариантам представлены в таблице 9.

Полученные карты распространения СДЯФ приведены на рис. 5-9.

Таблица 9

Рисунок 5 – Карта распространения СДЯВ при автоматическом выборе направления ветра

Рисунок 6 – Карта распространения СДЯВ при северном ветре

Рисунок 7 – Карта распространения СДЯВ при восточном ветре

Рисунок 8 – Карта распространения СДЯВ при южном ветре

Рисунок 9 – Карта распространения СДЯВ при западном ветре.

6.2 Создание таблиц и тематической карты масштабов заражения

В ГИС MapInfo Professional открыт сохраненный ранее рабочий набор с картой, затем создана новая таблица «выбросы СДЯВ» (с полями «id», «СДЯВ», «Запас») и добавлена как слой на карту.

Выброс СДЯВ нанесен на карту условным знаком, по исходным данным заполнены его поля.

Таблица «кварталы» дополнена новыми полями о площади зоны заражения, численности населения в зоне заражения и времени подхода облака. Затем эти поля были заполнены для кварталов, зараженных СДЯВ, по результатам прогноза (наибольшие значения по пяти вариантам расчета).

Создана тематическая карта, показывающая штриховкой различной плотности площадь заражения (шаблон «Население») – численность населения в зоне поражения. Тематическая карта и легенда к ней представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Тематическая карта распространения СДЯВ и легенда

7. ОТЧЕТЫ И ОФОРМЛЕНИЕ

7.2. Легенда условных обозначений

На созданное ранее окно с легендой добавлены новые разделы, в которых приведены обозначения объектов из всех таблиц (кроме «текст» и «условные знаки») – рисунок 11.

Рисунок 11 – Общая легенда карты

7.2 Масштабная шкала, линии сетки и направление на север

На карту добавлена масштабная линейка на 200 м, полученная с помощью встроенной программы «Шкала масштаба».

Аналогичным образом в северо-западный угол карты вставлена стрелка направления на север (вариант №12) – рисунок 12.

Рисунок 12 – шкала масштаба и направление на север

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной курсовой работе были получены следующие результаты:

1. Сделано описание заданного района города.

2. С помощью «Яндекс.Карты» установлены координаты четырех опорных точек.

3. С помощью ГИС MapInfo Professional:

- зарегистрировано растровое изображение заданного района и создана структура таблиц данных ГИС

- произведена векторизация объектов на карте заданного района

- на карту нанесены названия улиц и заполнены поля атрибутивных данных всех созданных на карте объектов

- создана новая таблица с результатами расчетов заражения СДЯВ

- создана тематическая карта масштабов заражения жилых районов и легенда к ней

- на карту нанесена шкала масштаба и стрелка направления на север

4. В приложении «ЭКО центр. Прогноз масштабов заражения»:

- произведен программный расчет площадей и глубины зон первичного, вторичного облака и возможное заражения СДЯВ

- получены карты распространения СДЯВ.

Таким образом, в курсовой работе выполнены все поставленные задачи.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Применение ГИС для моделирования чрезвычайных ситуаций: методические указания к лабораторному практикуму: ФЭ: направление подготовки 20.03.01 – Техносферная безопасность: профиль бакалавриата «Защита в чрезвычайных ситуациях»/ сост. А.Г. Гудков. – Вологда: ВоГУ, 2014. – 39с.

2. ГИС для ЧС [Электронный ресурс]: методика выполнения работ и исходные данные. – Режим доступа: http:www.viv.vstu.edu.ru/gis.

3. Методические рекомендации по оформлению выпускных квалификационных работ, курсовых проектов/работ для студентов очной, очно-заочной (вечерней)форм обучения. Вып.3/сост.:Тритенко А.Н., Сафонова О.В. – Вологда: ВоГУ, 2015. – 75с.

4. Исаев В.С. Аварийно химически опасные вещества (АХОВ). Методика прогнозирования и оценки химической обстановки: [учеб.пособие для подгот.работников ГО и ЧС организаций, учреждений, учеб. Заведений, преподавателей БЖ и ОБЖ, учеб.- метод. Центров и курсов ГО и ЧС] / В.С. Исаев. – М.: [б.и.],2007.53с.