Модели данных гис

ГИС использует различные данные об объектах, характеристиках земной поверхности, информацию о формах и связях между объектами, различные описательные сведения. для того чтобы полностью отобразить геообъекты реально мира и все их свойства, понадобилась бы бесконечно большая база данных. Поэтому, используя приемы генерализации и абстракции, необходимо свести множество данных к конечному объему, легко поддающемуся анализу и управлению. Это достигается применением моделей, сохраняющих основные свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств.

Модели геообъектов, применяемых в ГИС, многочисленны и разнообразны, что обуславливается многообразием данных и задач, решаемых при помощи ГИС. Интегрированная информационная основа базы данных не является просто суммой информационных моделей частей объекта. Она имеет меньший объем физической памяти при сохранении информационной емкости по сравнению с моделями ее составляющими.

Базовые модели данных, используемые в гис Инфологическая модель

Инфологическая модель дает формализованное описание проблемной области независимо от структур данных. Одно из основных понятий инфологической модели – объект. Объекты могут быть атамарными и составными.

Атомарный объект – объект определенного типа, дальнейшее разложение которого не более мелкие объекты внутри данного типа невозможно

Составные объекты включают в себя множество объектов, кортежи объектов.

Объекты имеют некоторые свойства и связи с другими объектами.

Инфологическая модель позволяет выделить три категории фактов: истинные, значимые и ложные. Инфологическая модель предполагает возможность представления любого сообщения с какой-то долей вероятности.

Цель инфологического моделирования – формализация объектов реального мира предметной области и методов обработки информации в соответствии с поставленными задачами обработки и требованиями представления данных естественными для человека способами сбора и представления информации.

В инфологических моделях ссылки на объекты и сами объекты разделены, а сообщения интерпретируются с учетом контекста. Это позволяет реализовать множественность ссылок и обеспечить разнообразие интерпретации.

Основными компонентами инфологической модели являются:

- описание предметной области (описание объектов, описание связей между объектами, описание исходных данных),

- описание методов обработки (описание лингвистических требований, описание алгоритмических связей, ограничение целостности),

- описание информационных потребностей пользователя (виды входных данных, формы представления).

Для построения инфологической модели могут использоваться аналитические методы, методы графического описания, системный подход.

Иерархическая модель

В этой модели данных связи между ее частями являются жесткими, а ее структурная диаграмма должна быть упорядоченным деревом. Для описания разных уровней применяют понятия: корень, ствол, ветви, листья и лес.

Граф иерархической модели включает два типа элементов: дуги и узлы (записи).

Иерархическим моделям данных присущи два внутренних ограничения: все типы связей должны быть функциональными, структура связей должна быть древовидной. Следствием этих ограничений является необходимость соответствующей структуризации данных. Связи могут иметь тип один ко многим. Очевидный недостаток иерархической модели – снижение времени доступа при большом числе уровней, поэтому в ГИС не используют иерархические модели при большом числе уровней. В то же время иерархические модели довольно устойчиво применяют для составления различного рода классификаторов.

Для накопления и хранения географической информации, используется иерархическая структура данных – квадратомическое дерево. В этой структуре двухмерная геометрическая область рекурсивно подразделяется на квадранты. Процедур повторяется до тех пор, пока все квадранты не станут однородными по отношению к значению изображения (цвета) или пока не будет достигнут предопределенный заранее наименьший уровень разрешения.

Преимущество такой структуры состоит в том, что регулярное разделение обеспечивает накопление, восстановление и обработку данных простым и эффективным способом. Простота проистекает из геометрической регулярности разбиения, а эффективность достигается за счет хранения только узлов с данными, которые представляют интерес.

Квадратомическое дерево представляет собой пространственно-рациональный способ представления сгруппированных однородных или сопряженных изображений, давая преимущество относительно временных затрат по сравнению с векторной репрезентацией.

Модели, основанные не квадратомических деревьях, обеспечивают расчеты площадей, центроидные определения, распознавание образов, выявление связанных компонентов, определение соседства, преобразование расстояний, разделение изображений, сглаживание данных и усиление краевых эффектов. Вследствие этого появилась возможность использовать квадраметрические деревья для хранения географических данных.

Правильно составленная иерархическая схема должна содержать в качестве записей (вершин) атрибуты или агрегаты атрибутов либо типы сущностей. Дуги могут использоваться для представления агрегации двух атрибутов в тип сущности или двух типов сущности в тип связи. На практике в запись добавляют не только сущности базы данных, но и связи. Такая схема описывается моделью «сущность-связь».