9.1 Векторное представление данных

В основе векторного представления пространственных данных лежит точка (point) первичный графичный элемент с координатами Х У, чьё местоположение известно произвольно заданной точностью. 2 точки формируют линию. Отрезок прямой, соединяющий эти точки. А замкнутая последовательность линий образует полигон.

ГИС на основе векторной модели представления данных (векторно-топологическое представление и векторно-нетопологическое). В этом случае цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов осуществляется в виде набора координатных чисел.

В 60-е года была разработана структура хранения пространственной информации. Основным элементом структуры является сегмент, последовательность линий начинается и заканчивается узловыми точками.В рамках данной структуры каждый сегмент комплектовался 3-мя компонентами индификатором сегмента а также индификаторов полигона, примыкающего данного сегмента справа и слева. В дальнейшем продолжении Dime – структуры является векторная структура типа дуга – узел, не требующая указание на соседство.

10. 1. Типы векторных объектов, основанные на определении пространственных размеров.

Совокупность трёх элементарных графических объектов – точки, линии и полигона – вполне достаточно для описания пространственных картографических объектов.

Трехмерные объекты

• Объемная фигура – геометрическое тело (куб, параллелепипед, сфера), имеющее три измерения (длину, ширину, высоту).

Каждому индивидуальному объекту сопоставляется свой уникальный указатель, называемый идентификатором (ID). Обычно, идентификатор – это формальный номер, приписываемый пространственному объекту слоя. ID может присваиваться автоматически или назначаться пользователем и служит для связи позиционной и непозиционной части пространственных данных.

Объемные фигуры задействованы при обозначении каких либо количественных мер объектов (объем водоема, объем добываемого газа, собранный урожай) либо представляют собой объекты

(здания) на трехмерных картах (3d-карты).

11. Достоинства и недостатки способов представления данных. Выбор способа представления.

Рассмотрим преимущества растровой и векторной моделей.

Растровая модель:

1. Картографические проекции просты и точны, т.е. любой объект неправильной формы описывается с точностью до одной ячейки растра.

2. Непосредственное соединение в одну картину снимков дистанционного зондирования (спутниковые изображения или отсканированные аэрофотоснимки).

3. Поддерживает большое разнообразие комплексных пространственных исследований.

4. Программное обеспечение для растровых ГИС легче освоить и оно более дешевое, чем для векторных ГИС.

Векторная модель:

1. Хорошее визуальное представление географических ландшафтов.

2. Топология местности может быть детально описана, включая телекоммуникации, линии электропередач, газо- и нефтетрубопроводы, канализационную систему.

3. Превосходная графика, методы которой детально моделируют реальные объекты.

4. Отсутствие растеризации (зернистости) графических объектов при масштабировании зоны просмотра.

Выбор способа представления.

Сравнение преимуществ и недостатков двух основных структур пространственных данных показывает, что они взаимно противоположны друг другу - преимущества одного способа формализации являются недостатками другого, и наоборот. Это определяет необходимость применения в рамках ГИС обоих способов и, следовательно, наличии возможности преобразования (конвертации) одной структуры в другую и наоборот (выполнение так называемых вектор-растровых и растр-векторных преобразований), что в наше время реализовано во всех достаточно мощных ГИС-пакетах. При этом решения различных задач целесообразно выполнять с использованием

того способа формализации пространственных данных, в данном случае более эффективен.

Исходя из их преимуществ и недостатков, векторные структуры рекомендуется использовать для хранения феноменологически-структурированной информации (почвенные и растительные ареалы, ареалы землепользования и др.), для сетевого анализа, в том числе транспортных и телефонных сетей, а также для повышения качества отображения при картографировании линейных объектов, растровые структуры - для быстрого и дешевого наложения карт и пространственного анализа и моделирования в тех случаях, когда приходится работать с поверхностями (например, топографическими) (Burrough, 1986). Очень эффективным, в частности для высококачественного картографирования, является сочетание векторного и растрового форматов с использованием векторного формата для хранения и построения линий, а растрового - для наполнения (раскраска) площадей.

Для растровой ГИС приняты следующие фундаментальные термины:

Разрешение – минимальная размерность по одной из координатных осей наименьшего элемента географического пространства, для которого могут быть приведены какие-либо данные. В растровой модели данных элементарным объектом для большинства систем выступает квадрат или прямоугольник. Такие единицы именуют как сетка, ячейка или пиксель. Множество ячеек образует решетку, растр, матрицу.

Площадная Зона – набор соседствующих местоположений одинакового свойства. Термин Класс (или район) часто используют в отношении всех самобытных зон, которые имеют одинаковые параметры. Главными компонентами зоны являются ее значение и местоположения.

Значение – это единица информации, хранящаяся в теме (слое) для каждой точки или пикселя объекта. Ячейки одной зоны (или района) имеют одинаковое значение.

Местоположение – это наименьшая единица картографического пространства, для которого могут быть определены какие-либо характеристики или свойства (пиксель, ячейка). Такая единица картографического плана однозначно идентифицируется упорядоченной парой координат – номерами строки и столбца.

Пространственные (географические) данные в векторных ГИС включают в себя следующие типы объектов:

Безразмерные объекты

• Точка – указывает геометрическое местоположение, совокупность точечных объектов образует точечный слой.

• Узел – представляет собой топологический переход или конечную точку, которая также может определять местоположение.

Одномерные объекты

• Линия – одномерный объект, неимеющий опорных точек.

• Линейный сегмент – прямая линия, соединяющая две точки (отрезок).

• Строка – это последовательность прямолинейных сегментов.

• Дуга – последовательность сегментов, имеющая начало и конец в узлах.

• Связь – осуществляет соединение между двумя узлами.

• Направленная связь – связь, возникающая в одном определенном направлении.

• Цепочка – это направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов или дуг с узлами на своих концах.

• Кольцо – представляет собой последовательность непересекающихся цепочек, строк, связей или замкнутых дуг.

Двумерные объекты

• Область – определяется как ограниченный непрерывный объект, который может иметь либо нет собственную границу.

• Внутренняя область – это область, которая не имеет собственную границу.

• Полигон (син. многоугольник, полигональный объект, контур, контурный объект, область) –двумерный (площадной) объект, у которого внутренняя область образованна замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях. Совокупность полигонов образует полигональный слой.

• Пиксель – это самый малый неделимый элемент изображения.