16. Понятие реляционной базы данных. Ее особенности

В реляционной модели данных объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц. Взаимосвязи также подаются как объекты. Каждая таблица представляет один объект и составляется из строк и столбцов. Таблица должна иметь первичный ключ (ключевой элемент) - поле или комбинацию полей что единым образом идентифицируют каждую строку в таблиц

Название "реляционная" (relational) связанная с тем, что каждая запись в таблице данных содержит информацию, которая касается (related) некоторого конкретного объекта. Кроме того, связанные между собой (то есть такие, что находятся в определенных отношениях relations) данные даже разных типов в модели могут рассматриваться как одно целое.

Таблица имеет такие свойства:

- каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных;

- все столбцы в таблице однородные; это означает, что элементы стовгі : эта имеют одинаковую природу;

- столбцам присвоенные уникальные имена;

- в таблицы нет двух одинаковых строк.

Порядок размещения строк и столбцов в таблице произвольный; таблица такого типа называется отношением. В современной практике для строки используется термин "запись", а для столбца термин "поле".

Основным отличием поиска данных в иерархических, сетевых и реляционных базах данных есть то, что иерархические и сетевые модели данных осуществляют связь и поиск между разными объектами за структурой, а реляционные - по значению ключевых атрибутов (например, можно найти все записи, значение которых в поле "номер дома" равняется 3, но нельзя найти 3- и строка).

Поскольку реляционная структура концептуально простая, она позволяет реализовывать небольшие и простые (и потому легкие для создания) базы данных, даже персональные, самая возможность реализации которых никогда даже и не рассматривалась в системах с иерархической или сетевой моделью.

Недостатком реляционной модели данных есть чрезмерность по полям (для создания связей между разными объектами базы данных). Практически все существующие на сегодняшний день коммерческие базы данных и программные продукты для них создания используют реляционную модель данных.

16. Модели рельефа. TIN-модели

Наиболее используемой векторной полигональной структурой (моделью) пространственных данных есть треугольная нерегулярная сеть {Triangulated Irregular Network), известная под аббревиатурой TIN. Она строится путем объединения известных точечных значений в серии треугольников за алгоритмом триангуляции Делоне. Модель используется для представления поверхности в виде совокупности сопредельных трехмерных (3D) треугольных граней, которые не перекрываются.

Основной принцип алгоритма триангуляции Делоне заключается в том, чтобы из имеющегося набора точек с известными высотными отметками (значениями координаты Z) построить треугольники, которые все вместе будут максимально близкими к равносторонним фигурам. Достигается это постоянным контролем условия, согласно которой любой круг, проведенный через три узла в треугольнике, не будет включать никакого другого узла. Благодаря своей "нерегулярности* Tin- Модель есть более гибкой сравнительно с растровой и позволяет более компактно и с меньшими погрешностями описать поверхности с вложенными формами, такие, как, например, топографическая поверхность. Поэтому Tin- Модель обычно используется для построения цифровых моделей рельефа, в особенности в рамках программных Гіс- Пакетов фирмы ESRI (ARC/ INFO, Arc View GIS, Arcgis).

Модель рассматривает узлы или точки сети как первичные элементы (Burrough, Mcdonnel, 1998). Топологические отношения устанавливаются путем создания в базе данных для каждой узловой точки указаний на соседние узлы. Пространство, которое окружает территорию, которая моделируется TIN, подается фиктивной узловой точкой. Это помогает в описании топологии приграничных точек и упрощает эту процедуру. База данных Tin- Модели содержит три набора записей: список узловых точек, список указателей и список треугольников . Список (таблица) узловых точек содержит номера узловых точек, их координаты, количество соседних узловых точек и начальное положение идентификаторов этих соседних точек в списке указателей. Узловые точки на границе рассмотренной области используют как указатель некоторого фиксированного значения, например - 32000. Список (таблица) указателей для каждой узловой точки содержит номера соседних узловых точек. Список соседних узлов начинается от северного направления и отвечает ходу часовой стрелки.

Списки узловых точек и указателей содержат всю существенную атрибутивную и топологическую информацию, поэтому они используются во многих приложениях. При некоторых приложениях, таких, как карта графирования уклонов или аналитическое затенение склонов, необходимо уметь ссылаться непосредственно на треугольники. Эта процедура выполняется с использованием списка треугольников путем связки каждого направленного ребра сети с треугольником, размещением по правую сторону. В результате каждый треугольник ассоциируется (связывается) из тремя пространственно ориентированными ребрами, описанными в списке указателей. Специфическим методом описания объектов есть восьмисвязный код Фримана. Это набор с восьми цифр (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), каждая с которых кодирует один из восьми фиксированных направлений. Описание формы любой кривой в этом случае является последовательностью цифр, которые характеризуют направление на каждом шагу дигітизування. Так, контур объекта, который представлен на фрагменте "бы" рис. 4.8, описывается с помощью строки: 00011222234445566667. На окончание упомянем о цепном кодировании (chain encoding) векторных данных как об образе сжатия векторной информации. Цепное кодирование применяется в случаях, когда расстояние между точками введения настолько имела, что прирост координат между сопредельными точками выражается малыми частями единицы, как в приведенном ниже примере.

(45,4580; 30,7288)

(45,4571;30,7292)

(45,4566;30,7284)

(45,4561:30,7274).

При цепном кодировании полностью записываются лишь координаты первой точки. Для всех же других указывается прирост координат между текущей точкой и предыдущей, выраженный в

тысячных частицах единицы, с указанием знака: (45,4580; 30,7188) (-09, +04) (-05, -08) (-05, -10). Таким образом достигается существенное сжатие информации. Однако возможности применения

данного метода кодирования ограниченные очень незначительными изменениями координат между соседними точками введения (не больше 0,0099 (Core Curriculum, 1991)).

16. 3-D модели

Моделирование окружающего мира, активно применяющееся во многих задачах планирования и управления, требует соответствующих инструментов, методик и данных. Практически любая информация содержит пространственную или географическую составляющую. Именно поэтому технологии геоинформационных систем (ГИС), предоставляющие широкие возможности по интеграции и совместному анализу данных из различных источников, становятся все более популярным и востребованным инструментом для решения разнообразных задач практически во всех сферах деятельности. В последнее время одним из наиболее перспективных направлений применения ГИС стало построение виртуальных моделей.

Поскольку геометрическому описанию нашего мира присуща третья координата, средства трехмерного моделирования стали неотъемлемым компонентом современных ГИС. Кроме информации о высоте объектов, третья координата может служить характеристикой любых процессов или явлений (температуры, загрязнения и т.д.) и использоваться для их пространственного представления. Трехмерные модели территорий применяются при ситуационном моделировании (тренажеры, командные учения и пр.), анализе проектов и решений (дорожное строительство и архитектура), для выполнения аналитических расчетов и как инструмент поддержки принятия управленческих решений.

И ГИС, и программные комплексы для обработки данных дистанционного зондирования имеют в своем арсенале приложения для трехмерного моделирования и визуализации. Ведущие компании-разработчики программного обеспечения для создания ГИС – ESRI и Leica Geosystems – уделяют этому направлению большое внимание.

Создание трехмерных моделей объектов

Несколько слов необходимо сказать об инструментах для создания трехмерных моделей зданий и сооружений. Выбор программных средств для создания моделей объектов, прежде всего, диктуется доступными исходными данными. Помимо этого, важным критерием является то, каким образом трехмерная модель внедряется в ГИС: в качестве условного знака для точечных объектов; в качестве 2,5-мерного вектора; в качестве реальной 3D-геометрии (например, мульти-патч). Перечислим некоторые программные продукты, используемые для создания трехмерных моделей:

-Leica Stereo Analyst – уже упомянутый дополнительный модуль для ERDAS IMAGINE, позволяющий выполнять стереодешифрирование изображений, а также создавать трехмерные модели объектов по стереопарам снимков. Обеспечен экспорт в форматы 3DShape-file, FLT, VRML. Поддерживается связь с фотограмметрическими решениями от Leica на уровне чтения файла блока, автоматическое текстурирование по аэрокосмическим снимкам. Дополнительные возможности предоставляет модуль Texel Mapper, который помогает текстурировать трехмерные модели зданий, например, цифровыми фотографиями фасадов (рис. 9).

-SketchUp – простой в освоении инструмент для создания трехмерных моделей. Имеется возможность импорта/экспорта непосредственно в базу геоданных ESRI (импорт 2D-векторов, экспорт в мульти-патч с текстурами в реальных координатах), KML/KMZ, другие обменные форматы. Некоторое время назад компания-разработчик была куплена Google, после чего выпущена бесплатная версия с возможностями экспорта только в формат Google Earth. При использовании соответствующего плагина модели в формате SketchUp могут быть использованы в качестве трехмерных условных символов в приложениях ArcScene и ArcGlobe.

-CyberCity-Modeler – позволяет строить трехмерные модели зданий по облаку точек, полученному по стереопарам аэро-космических снимков в фотограмметрических продуктах. Предлагает инструменты для построения плоскостей по узловым точкам, включая задание топологических правил и редактирование неточностей, возникших в процессе оцифровки. Имеются инструменты для текстурирования по аэро-космическим снимкам и по результатам наземной съемки. Поддерживается создание моделей с разными уровнями детальности (LOD).

-3DStudioMax, Arcon, Model Builder… – любые системы трехмерного моделирования, в которых есть возможность экспорта в требуемый формат.

Важно помнить, что выбор программного обеспечения зависит, в первую очередь, от поставленной задачи и ее условий: является ли трехмерное моделирование дополняющим основные производственные процессы компании или самостоятельной задачей, как и кем предполагается использовать трехмерную модель, какие функции необходимо реализовать, необходимо ли обеспечить доступ широкого круга пользователей к трехмерным данным или, напротив, ограничить свободное распространение информации. Ответив на эти вопросы, можно подобрать оптимальное по функциональности и стоимости решение для создания трехмерных моделей местности