2.2. Моделі даних

Важливою характеристикою ГІС є набір підтримуючих моделей подання просторових даних. [10, 26]

Модель (model) - це уявлена чи матеріально реалізована система, яка відображуючи чи відтворюючи об’єкт, здатна змінювати його так, що її вивчення дає нам нову інформацію про ці об’єкти.

За складом підтримуючих моделей даних можна робити висновки про потенційні можливості й характер функцій обробки даних і просторового аналізу в ГІС.

Моделлю подання (model presentation) називається система концепцій і правил, яка використовується для опису типів об’єктів та взаємозв’язків між екземплярами об’єктів. При цьому, одна група аналітичних функцій може бути реалізована на декількох моделях, інша - тільки на конкретній моделі. Крім того, реалізація однакових функцій на різних моделях даних може мати свої особливості.

Модель просторової інформації визначає характер практично всіх наступних операцій і методів аналізу інформації, спосіб вводу даних і особливості отримуваних результатів. Перехід між різними моделями даних хоч і можливий, але складний, потребує значних додаткових затрат праці і може призводити до безповоротних витрат інформації.

В цілому дуже складно говорити про можливості переходу від однієї конкретної моделі до іншої.

Найбільш поширеними є: векторна топологічна, векторна нетопологічна і растрова. Окремо виділимо зображення, які мають просторову прив’язку.

Різниця між растровою моделлю і зображенням полягає в тому, що комірка першого зберігає фактично код явища, а другого - величину яскравості.

Для аналізу рельєфу використовуються нерегулярні тріангуляційні мережі (irregular triangulation network). У деяких додатках може бути використана модель даних САПР. Серед перспективних моделей слід назвати модель квадратомічного дерева (quadtree).

Вибір тієї чи іншої моделі в ГІС є питанням значно принциповішим і визначальнішим, ніж вибір конкретного програмного забезпечення і тим більше обчислювальної платформи.

2.2.1. Векторна модель

У ГІС найбільше поширення отримало векторне подання даних. [10, 18, 22]

Просторова інформація у векторних форматах зберігається у вигляді x,y координат в прямокутній (планарній) системі координат.

Місцезнаходження кожного об’єкта на карті описується рівнянням

F=f(x,y,z,n1,n2,…),

де x,y – планові координати точок, які визначають положення об’єкта; z – висота об’єкта над рівнем моря; n1,n2,…nn – атрибутивні дані об’єкта.

У наш час відомо багато різних векторних форматів подання даних, які призначені для зберігання цифрової картографічної інформації. Усі вони відрізняються один від одного складністю обраних моделей подання даних і, відповідно, можливостями їх використання, маніпулювання й аналізу. В найпростіших моделях міститься інформація тільки про геометричні зв’язки об’єктів, у більш складних додається інформація про топологічні сутності об’єктів і їхні атрибути.

1,5 2,6 1,7 2,8 4,7 6,6 8,2 6,2 5,5 1,5

4,6 ПОЛІГОН

Y

8 2,8

7 1,7 4,7

6 2,6 6,6

5 1,5 5,5

4 1,4 4,4

3

1,2 2,3 1,4 4,4 3,2 7,1

ЛІНІЯ

2,3

2 1,2 3,2 6,2 8,2

1

3,1 ТОЧКА

3,1 7,1

0 X

1 2 3 4 5 6 7 8

Рис.1.1.

Об’єкти земної поверхні картографуються на плоскій двовимірній карті у вигляді точок, ліній і площинних фігур, які називаються полігонами (Рис.8.). Для зіставлення положення об’єктів на карті з місцями земної поверхні використовується Декартова система координат (х,у). Кожна точка застосовується однією парою координат х,у. Лінії, або дуги (arc) описуються упорядкованою послідовністю координат х,у, фігури - послідовностями координат х,у, що визначають відрізки ліній, якіобмежують фігуру. Саме це пояснює значення терміна полігон, який буквально означає багатостороння фігура. Користуючись координатною системою, можна подати точки, лінії і полігони у вигляді списку координат, а не малюнка або креслення.

На поданому малюнку (Рис.8.) пари координат 3,1 описують положення точки, пари координат 1,2;2,3;1,4;4,4;3,2;7,1 - дугу, а пари координат 1,5;2,6;1,7;2,8;4,7;6,6;8,2;6,2;5,5;1,5 - полігон з міткою (label) в середині, яка визначається парою координат 4,6. Перша і остання пари координат полігону однакові, оскільки полігон завжди замкнений. Ці списки координат показують, яким чином об’єкти карти зберігаються комп’ютером у вигляді наборів пар чисел х,у. Власне звідси і походить термін оцифровка (digitalization), який означає ввід даних карти у комп’ютер, тобто перетворення аналогових даних (analog data) у цифровi дані (digital data).

Коли ми працюємо з паперовою, тобто аналоговою, картою, то маємо справу з координатами, наприклад, у сантиметрах, тобто одиницях, які використовуються для виміру відстаней на карті чи визначення координат об’єктів за допомогою лінійки. Проте на картах звичайно реальні координати спроектовані на площину. Ці координати подають реальні місця на земній поверхні в одній із кількох систем координат, визначених різними картографічними проекціями.

Із вищенаведеного зрозуміло, як можуть зберігатися координати одного об’єкта. Якщо ж маємо багато об’єктів, то кожному можна дати порядковий номер чи ідентифікатор. Тоді координати кожного об’єкта можуть бути записані разом з порядковим номером. Багато точкових об’єктів може бути подано у векторному форматі у вигляді невпорядкованої послідовності записів, кожний із яких містить три числа: унікальний ідентифікаційний номер об’єкта, значення координати х і значення координати у (Рис.9.).

Використання ідентифікатора (identifier) відкриває широкі можливості для огляду й аналізу просторової інформації, а також можливостей прив’язки до даного об’єкта тематичної атрибутивної інформації і зв’язку з однією чи кількома внутрішніми або зовнішніми базами даних.

Багато лінійних об’єктів може бути подано послідовністю координат точок, апроксимуючи (approximation) криві, які відповідають цим об’єктам, ламаними, складеними із лінійних

відрізків. Саме з поданням лінійних об’єктів у вигляді послідовності утворюючих їх точок пов’язане первісне поняття про векторний формат подання: будь-яка крива може бути описана з заданою точністю сукупністю відрізків прямих – векторів (vector).

Багато полігональних об’єктів подаються точно так, як і багато лінійних об’єктів, з тією відмінністю, що в полігональних об’єктах початкові й кінцеві координати повинні співпадати.

Розглянутий метод подання лінійних об’єктів (лінійних об’єктів чи меж полігонів) у вигляді невпорядкованого набору лінійних об’єктів, що описують тільки їх геометрію, отримав назву модель спагеті (spaghetti model), оскільки не має апарату опису топологічних відношень між лінійними об’єктами та їх елементами. Тому такі подання називаються векторними нетопологічними, оскільки вони не відображують зв’язків між об’єктами, а описують тільки геометрію об’єктів.

Додаткову інформацію, яка стосується просторових зв’язків між об’єктами, ми інтерпретуємо подумки, наприклад, розпізнавання двох суміжних земельних ділянок і вулиці, на якій вони розташовані. Ми інтерпретуємо ці зв’язки, розпізнаючи зв’язані лінії, визначаючи ділянки, обмежені цими лініями чи визначаючи сусідні ділянки.

На цифрових картах такі зв’язки описуються за допомогою топології, тобто векторних топологічних моделей.

Векторні дані краще підходять для реєстрації розташування дискретних просторових об’єктів, місцезнаходження яких точно відомо, як, наприклад, вулиці, межі ділянок, річки і т.д.

Векторні дані можуть точно описувати справжнє розташування об’єктів на земній поверхні. Однак точність векторних даних значною мірою залежить від числа x,y координат, обраних для зображення об’єктів, особливо для опису таких природних об’єктів, як річки й берегова лінія. При збільшенні векторних даних, які показують такі об’єкти, можна побачити окремі прямолінійні елементи, що складають векторне зображення.