5.Растровое представление информации гис
Растровый способ формализации метрических данных имеет две разновидности - Регулярных сетей (grid cells) и собственно Растровый (raster), принципиально, однако, не отличающиеся друг от друга, поскольку оба основаны на формализации пространственной информации по ячейкам регулярной сети, сплошь покрывающей территорию. В каждой ячейке этой сети информация отображается одним числом.
Под методом регулярных сетей обычно понимают ручной способ оцифровки пространственных данных путем осреднения значений цифруемого элемента в каждом квадрате сетки - среднего значения высоты земной поверхности, протяженности гидрографической сети, преобладающей разновидности почвенного покрова и т. п., который исторически предшествовал появлению автоматических методов растеризации пространственной информации, но применяется и в настоящее время. Первые образцы реализации данного метода как одного из методов аналитического картографирования В. Г.Линник относит, ссылаясь на работу У. Тоблера, к 1951 году. В настоящее время представляется целесообразным рассматривать метод регулярных сетей в качестве способа кодирования пространственной информации в рамках растровой модели данных.
Растровый способ формализации пространственных данных, или растровая модель пространственных данных, в простейшем случае заключается в изображении пространственных объектов в виде мозаики, сплошь покрывающей территорию, которая и называется растром. Каждый элемент растра называется Ячейкой растра или Пикселем (от английского pixel, являющегося сокращением от picture element - элемент изображения).
Чаще всего используются ячейки квадратной формы, хотя достаточно широко в ГИС технологии применяются ячейки треугольной и шестиугольной формы (Рис. 2.1). Треугольная мозаика, применение при моделировании рельефа (так называемая TIN-модель, используемая, в частности, в рамках пакета ARC/INFO). Шестиугольная мозаика с ячейками, представленными равными параллельными прямоугольниками, привлекательна тем, что все соседние ячейки являются эквидистантными, то есть расстояние между центрами всех соседних ячеек постоянно, чего нельзя сказать о, например, квадратных и, тем более, прямоугольных растрах.
Рис 2.1. Примеры растров с различной формой ячеек: а) квадратной,
Б) треугольной и в) шестиугольной.
В растровой модели пространственная информация кодируется в виде Прямоугольной матрицы - по строкам и столбцам, размер которой соответствует размеру исходного растра (Рис. 2.2). В связи с этим положение каждого элемента растра в пространстве определяется номерами столбца и строки, в которых расположен данный элемент.
Рис. 2.2. Растровое представление пространственной информации: а) фрагмент карты растительного покрова (1-лес, 2-луг), б) его растровое представление, в) соответствующий массив цифровых данных.
При картографических изображениях столбцы обычно располагают по направлению север-юг, а строки - запад-восток. В качестве начальной ячейки (с координатами 0;0 или 1;1) чаще всего принимается ячейка, расположенная в верхнем левом углу растра.
Слои растровой информации для базы данных ГИС, как отмечено выше, могут быть подготовлены вручную - путем кодирования информации для каждой ячейки растра и последующего ввода в компьютер с помощью текстового редактора или электронных таблиц. Однако, выполнение такой работы практически осуществимо лишь при размере растра в несколько десятков или сотен элементов, которые не характерны для современных геоинформационных систем.
Опыт решения задач, связанных с оценкой динамики вещественных потоков в агроландщафтных системах с использованием ГИС показывает, что во многих случаях размер ячейки растра не должен превышать 25х25 м. Нетрудно подсчитать, что в этом случае для участка территории 10х10 км растр будет иметь размер 400х400 и содержать 160 000 ячеек. Цифровая же модель Земли ЕТОР05, созданная Национальным центром геофизических данных США, содержит более 9 млн. отметок поверхности в ячейках размером 5х5 минут по широте и долготе. Разумеется, здесь возможны только автоматические способы подготовки растровых моделей пространственных данных - с помощью сканеров, а также компьютерной растеризации векторных изображений. Растровую структуру имеют также данные дистанционного зондирования с искусственных спутников Земли.
Совмещение семантической и позиционной информации, являющееся основным достоинством растровых моделей пространственных данных, в то же время обуславливает один из их существенных недостатков - необходимость больших объемов памяти для хранения оцифрованных данных в компьютере. Так, стандартный снимок с искусственного спутника Земли США серии Ландсат (Landsat), охватывающий приблизительно 30 000 кв. км при номинальном размере пикселя 30х30 м, состоит из 35 млн. пикселей, что эквивалентно примерно 35 Мб при записи в формате 1:1.