7. Геокодирование. Представление пространственной I в компе, осн понятия. Общая схема организации данных (id-ция объектов, слои, базы атрибутивных данных)

Геокодирование – это процедура автоматизированного создания объектов карты на основании атрибутивных данных, содержащихся в некоторой таблице (процесс переноса пространственной информации в геоинформационную систему). В зависимости от характера используемых данных различаются координатное геокодирование, геокодирование по объектам и адресное геокодирование. Топологическое геокодир-е основывается на том, что объекты собираются не из координат, а из дополнительных элементов-дуг и узлов. Идентификатор-уникальный номер, приписываемый пространственному объекту слоя; может присваиваться автоматически или назначаться пользователем; служит для связи позиционной и непозиционной части пространственных данных.

Некоторое множество цифровых данных о пространственных объектах образует простр-е данные.Они состоят из 2^х взаимосвязанных частей: позиционной (тополого-геометрической) и непозиционной(атрибутивной), к-е образуют описание пространственного положения и тематического содержания данных. Базовыми типами простр-х объектов, кот-ми оперируют ГИС явл-ся:1)точка(точечный объект)-0-мерный объект, характеризуемый плановыми координатами;2)линейный объект-1-мерный объект, образованный последовательностью не менее 2^х точек с известными плановыми координ-ми(лин.-ми сегментами или дугами3)область(полигон)-2-мерный (площадной)объект, внутренняя область, ограниченная замкнутой последовательностью линий(дуг в вект-х моделях) и идентифицируемая внутренней точкой(меткой); это неправильн. многоугольник не имеющий самопересечений.4)поверхность-2-мерный объект, определяемый не только плановыми координатами, но и аппликатой Z, к-я входит в число атрибутов образующих ее объектов;5)тело-3-мерный об., описываемый корд-ми-x,y,z, и ограниченный поверхностями6)пиксел-2-мерный объект, элемент цифрового изображения, наименьшая из его составл-х, получаемая в результате дискретизации изобр-я(разбиение на далее неделимые элементы растра;элемент дискретизации изображения координатной плоскости в растровой модели.7)ячейка-2-мерный объект, элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети.

ОТЕ(операционно-терр-ная единица)-миним-ный геометр-кий объект с к-м может иметь дело ГИС.Слой-максимальная единица.

Слой(покрытие)-совокупность однотипных(одной мерности) пространств-х объектов, относящихся к одной теме(классу объектов) в пределах некоторой тер-рии и в сист.координат, общих для набора слоев. По типу объектов разл-ют:точ-ные, лин-е, полигон-ные слои.

Растр-прямоугольная решетка-разбивает изображение на пикселы, каждому из к-х поставлен в соответствии код, обычно идентиф-щий к.-л. цвет. Растровая м-ль данных в ГИС предполагает разбиение пространства с вмещающими ее прост-ми объектами на аналогичные пикселам дискретные элементы, упорядоченные в виде прямоугольной матрицы.

Представление объектов в виде растра м. показаться весьма грубым приближением их истинной формы. Однако, выбрав подходящий размер пиксела растр.м-ли, м. добиться увел-ния точности предст-я объекта, если этому не препятствует соображения экономии машинной памяти:2кратное увел-е разрешения ведет к 4хкратному росту объемов хранимых данных. Полученная матрица образует растр.слой с однотипными объектами;множ-во разнотипных объектов образует набор слоев, предст-щих полное цифровое описание модел-мой области.С каждым семантически значение или кодом пиксела м.б. связан набор(таблица) атрибутов.

Если атомарной единицей данных при их описании служит элемент «разбиения» территории-регулярная пространственная ячейка правильной геометр.формы-речь идет о другой, отличной от растровой, хотя и форм-но с ней схожей, регулярно-ячеистой мод.данных. Формальное сходство абсолютно в случае прямоугольной формы ячеек, хотя бывают регулярные сети с ячейками правильной треугольной, гексогональной, трапециевидной формы и т.д.Зачастую разница м/у пикселом(элементом изображения) и регулярной ячейкой(террит-м элементом)игнорируется, т.к и те и др. могут храниться в идентичных форматах и обрабатываться одними и теми же средствами. Растровое представление данных в ГИС-территория разбивается на ячейки и каждая ячейка приурочивается к конкретному объекту.ОТЕ здесь задается заранее-ячейкой сетки. Квадротомическая м-ль д-х-разбиение терр-рии на вложенные др. в друга пикселы или регулярные ячейки с образованием иерархической древовидной структуры-декомпозиция пространства на квадратные участки(квадраты, квадратные блоки, квадранты), к-й из к-х делится рекурсивно на 4 вложенных до достижения некоторого уровня простр-го разрешения. Преим-во перед растровой –компактность.

Векторная м-ль д-х –обобщеный класс моделей простр-х данных, основанных на цифровом представлении точечных, линейных, полигон-х простр-х объектов в виде набора координатных пар с описанием только геометрии-нетопологическая В.м или геометрии и торполог-х отношений – топологическая В.м-ль. В нетополог.В.м.весь объект рассматривается как одно целое, в топологической объект сост. из множ-ва элементов-дуг, узлов.Здесь ОТЕ-это обекты, к-е могут быть представлены с разной детальностью, независимо от остальных, они заранее не выбираются и не задаются и на разных слоях разные ОТЕ, поэтому возникают проблемы с алгеброй карт. Промежуточая модель м/у растровой и векторной- это триангуляционная сетьTIN. Триангуляция Делоне-это полигон-я сеть образуемая на множестве точечных объектов путем их соединения непересекающимися отрезками т.о., что окружность, описанная вокруг любого треугольника сети, не содержит других точечных объектов, кроме вершин описанного треугольника. Эта триангуляция использ-ся, в частности, в модели TIN при создании цифровой модели рельефа.

Пространственные данные вводятся и хранятся в компьютере в формализованном виде. В наше время используются два основных способа формализации пространственных данных — растровый и векторный, соответствующие двум принципиально различным способам описания (моделям) пространственных данных. В первом способе пространственная информация соотносится с ячейками регулярной сетки как с элементами территории (растровое представление), во втором — используется система элементарных графических объектов, положение которых в пространстве определяется с помощью координат (векторное представление).

Данные в ГИС описывают реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные.

Растровые данные

Растровые данные хранятся в виде наборов величин, упорядоченных в форме прямоугольной сетки. Ячейки этой сетки называются пикселями. Наиболее распространенным способом получения растровых данных о поверхности Земли является дистанционное зондирование, проводимое при помощи спутников. Хранение растровых данных может осуществляться в графических форматах, например TIF или JPEG, или в бинарном виде в базах данных.

Векторные данные

В ГИС к векторным объектам могут быть привязаны семантические данные. К примеру, на карте территориального зонирования к площадным объектам, представляющим зоны, может быть привязана характеристика типа зоны. Структуру и типы данных определяет пользователь. На основе численных значений, присвоенных векторным объектам на карте, может строиться тематическая карта, на которой эти значения обозначены цветами в соответствии с цветовой шкалой, либо окружностями разного размера.

Векторные данные обычно имеют гораздо меньший размер, чем растровые. Их легко трансформировать и проводить над ними бинарные операции. Векторные данные позволяют проводить различные типы пространственного анализа, к примеру поиск кратчайшего пути в дорожной сети.

Графические данные - это набор графических слоев системы. Графический слой представляет собой совокупность пространственных объектов, относящихся к одной теме в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев.

Семантические данные представляют собой описание по объектам графической базы, информация в семантическую базу данных заносится пользователем. Семантическая база данных представляет собой набор таблиц, информационно связанных друг с другом. Одна из таблиц должна обязательно содержать поле связи с картой, т.е. то поле, в которое заносятся ключевые значения (ID) графических объектов.

Графические данные могут быть организованы различными способами. Организация данных определяется в первую очередь целью их использования, а также способом их сбора и хранения. Специальные атрибуты могут хранить дополнительную информацию относительно местоположения, топологии и геометрии пространственных объектов. При этом модели данных усложняются, и они получают характерные названия, например векторный топологический формат.

Информация о пространственном положении объектов хранится либо в виде широты/долготы, либо в любой картографической проекции, а может быть, и в местной системе координат.

Растровая модель особенно хорошо подходит для представления явлений реального мира, имеющих непрерывное распределение, например температуры поверхности Земли. Растр представляет собой набор прямоугольных (чаще всего квадратных) ячеек — пикселов и может быть представлен как прямоугольная матрица чисел подобно двухмерным массивам в языках программирования. Для хранения информации в растровой модели можно пользоваться простой файловой структурой с прямой адресацией каждого пиксела.

Растровая модель широко используется при непосредственной обработке и анализе цифровых изображений, полученных по данным дистанционного зондирования Земли (рис. 1.18), а также для решения многих прикладных задач, в частности мониторинга состояния окружающей среды. При моделировании пространства в растровом формате основные сложности связаны с тем, что пространственные объекты могут быть представлены с большой точностью только за счет уменьшения размера пиксела, что ведет к увеличению стоимости хранения информации. Основное преимущество растрового представления состоит в слиянии графической и атрибутивной информации в единую регулярную структуру.

В векторном формате линии получаются посредством соединения последовательности точек или вершин, представленных в виде упорядоченных пар пространственных координат, откуда и название «векторный». При этом если в БД координаты выражаются числами с большим количеством значащих цифр, то любые сложные объекты могут быть представлены более точно за счет более близкого расположения вершин.

Главное различие между векторной и растровой моделями состоит в том, как эти модели представляют пространство. Для представления пространственных объектов растровая модель использует плоскостное или объемное перечисление, а векторная — изображение границ объектов. Иными словами, растр описывает объекты непосредственно, а векторная модель хранит информацию только о границах объектов. Представление пространственной информации в векторном формате требует меньше объема памяти, чем в растровом. Векторный формат также хорошо подходит для представления пространственных объектов даже очень сложной формы.

8. Векторная и растровая модели данных. «+» и «-». Модел-е пространственных объектов, опрационно-территориальные единицы (ОТЕ), Моделир-е атрибутивн данных, стр-ра БД, языков запросов SQL. Представление атрибутивной и геометрич i в векторной и растровой моделях данных. Топологическое и по-объектное геокодирование в векторной модели данных.

Модели данных: 1) Растровая 2) Векторная.

Растровая. Достоинства:1) простота модели, ее создания, вып-я аналит-х операций.ОТЕ-модифицировано,это облегчает вычисления над слоями. 2) прямой ввод изображ. ДДЗЗ. 3) вып-е ан-их опер-й, невозм-х в векторной мод. Недост: 1) большой V данных, завис от параметров растра, 2) трудности представл-я об-в, 3) сложность геом-х преобраз-ий.

Векторная. Достоинства: 1)хор. кач-во представл-я геометрии 2) компактность 3) возм-ть генерализации 4) простота пересчета сист. коорд. 5) ОТЕ-объект; любой объект представляется с произвольной детальностью независимо от остальных. Недост: 1)сложность модели 2)сложность вып-я анал-х опер-ий. Объекты немодифицированы, что затрудняет вычисления.

ОТЕ (операционно-территориальная единица) - это минимальный геометрический объект, с которым м. иметь дело ГИС. ОТЕ однороден по всем свойствам, нестуктурирован. В растровой модели ОТЕ – ячейка (т.е. объект делится на части); в ячейках хранятся идентификаторы. В векторной модели ОТЕ - это объект.

БД (база данных). В них хранится информация. Данные должны быть организованы (структура данных). Описывает как м/у собой соотносятся записи и как с ними работать. Структура данных описывается в рамках модели данных - некий язык, в кот-м будет описываться предметная область (то что собираются описывать).

В векторной сист 3 вида модельных объектов: точка, линия, область. В рамках вект. модели 2 спос. представл. простр-х данных: топол-я и нетопол-я (пообъектовая). При топологическом представлении создаются дуги и узлы – промежуточные объекты, исп-ся для представления топологии. ОТЕ представляется списком дуг и узлов. Объекты м.б. простыми и сложными. Объекты организованы в слои. Слой – это сов-ть объектов с одинаковой структурой атрибутивной инф-ии. Слой – единица манипулирования для программы.

Представление атрибутивной инф.:

Атрибуты объектов – описательная хар-ка (описат.данные)

1. Иерархическая модель данных (универ: ректорат, факультеты - деканат, студ группы и т.д.)

2. Сетевая модель (набор, член набора, владелец)

3. Реляционная модель. Объект м. нах-ся в нек-х отношения др. с др. или сам с собой. У БД есть модель данных, ограничения (отсутствие дублирования) и целостность. Представление объектов: 1 об. – 1 строка табл., атрибуты по столбцам.

Отошения м/у об. : 1:1 – супружество в России

1:n – супружество в Арабских странах

n:m – отношения быть родствеником.

Чтобы работать с пространств-й и атрибутивной инф., во всех ГИСах есть язык описания данных и язык манипулирования данными.

SQL- язык манипулирования данными. При составлении запросов пользуются операторами.

Select – простые запросы к 1 или 2 табл.

Select From A JOIN B on A.ID=B.ID

Join (соединение) бывает:

1. лев.- все А и В, для к-х совпали поля

2. прав.- все В и А, для к-х совпали поля

3. естественный – записи, у к-х ID совпадает

4. противоест-ый, полный – все А и В.

В MI только внутр. (ест.) Join:

Select <что> - список полей или *

From <табл>

Where <каких> - усл-я

Into <рез-т> - имя табл.

В SQL есть средство, позволяющее одинаковые объекты группировать и делать из них 1 объект.

Запросы с группировкой содержат: 1) собственно группировку 2) агрегаторы

Оператор Group by.

Агрегаторы: First – первый в гр., Last – последний в гр., Count (*) – число записей в гр.

Для численных знач. сущ.: Sum, Avg, Max, Min.

9. ГИС и тематическая картография. Внешнее представление пространственных данных для векторной и растровой МД. Легенды для номинальной и скалярной инфо. Представление и анализ рельефа. Построение производных карт.

Внешнее представление данных в растровой мд:

номинальные (тип раст-ти, почвы) – индивидуальные значения. Каждое значение присваивает в легенде –> значки, метки (хран-ся в косметическом слое)

ординальные (упорядоченные коды, нп, мех состав почв, стратиграфия, сила землетрясения в баллах) – кажд. зн-е прис-ет в легенде и м. строиться градиенты цвета, формы, размера.

веществ-ые (скалярные) (нп, температура) – в легенде присутствуют диапазоны. Для вывода – непрерывный или дискретный градиент в соответствии с легендой.

Внешнее представление данных в векторной мд:

Скалярные значения разбивают на группы, варианты разбиения связаны со стат. распределением:

1. равномерное по величине показателя

2. по количеству объектов

3. нормативное (по ПДК)

4. по доле значений в общей массе

5. для унимодальных распр-ий, близких к нормальному

6. естественное разбиение (выделяет ступеньки и зоны перехода) – для многомодальных (нп, террасы)

7. ручное разбиение

Для номинальных:

1. раскрасить в соответствии с легендой

2. значки

3. нанесение точек пропорционально величине

Представление и ан-з рельефа.

Физическиее поля обладают св-ом непрерывности. При представлении: 1) усреднение значения (либо зн-е в середине площ) 2) зн-е в середине -> проволочная сетка, на нее накл-ся билинейные пов-ти (пов-ть Безье) Все хар-ки рельефа искажаются.

Дистанц. преобразование – для кажд. точки карты вычисляется евклидово расстояние до ближайшей точки объекта. Дистанц. преобразование позв-ет созд. нов об-т – буфер, граница его проходит на заданном расст-ии от объекта или границ об-ов.

Сопротивление (трение) – хар-ка тер-ии, кот мен-ся от 1 ячейки к др. (нп, ур-нь шума ум-ся за счет преград). Т.е. в слой заносится усилие, кот затрачивает сигнал для прохожд. 1 яч. Строится карта сопротивлений (оператор Spread). Полученная карта наз-ся стоимостным рельефом. У нее наиболее низкие места соответствуют самим об-ам, от кот строилось расстояние, а наиболее высокие – к областям тер-рии, доступ в которые затруднен.

Производные карты: LDD (локальное направление потока), экспозиция, уклон.

Оценка радиационного баланса – от экспозиции и уклона.

Для рельефа (реальн, стоимостной) в каждой точке м опр-ть:

1. экспозицию Aspect (topo), 0⁰< aspect <360⁰

2. уклон Slope (topo), градусы, tg угла наклона м/км, %.

LDD – это палетка кодов, показ-щая яч-ку, в кот приходит вектор уклона или напр-е. эксп. склона. LDD исп-ся, чтобы рассч-ть хар-ки, связ-е с гидрологией. Но для реал. рельефа такие расчеты невозможны, поэтому строится гидрологический правильный рельеф (оп-р FillDem) , у кот в кажд. точке что-то течет. Визуализация LDD – в кажд.яч. ->. LDD служат основой для реш-я гидрологических задач. (нп, построение водосборного бассейна).