4.4.2. Ієрархічні растрові структури

Растрові структури зручні для відображення ієрархічно організованої географічної інформації. Подання растрової інформації у вигляді кількох внутрішньо пов'язаних рівнів, при якому нижній рівень відповідає вихідному поданню растра, що має розмір NxM елементів, а кожний розміщений вище є узагальненням інформації в т комірках нижчого рівня, називається ієрархічною растровою структурою. Ієрархічні растрові структури іноді називають пірамідальними, або деревоподібними.

Частковим, однак таким, що досить часто використовується в ГІС, різновидом ієрархічних растрових структур є квадротомічні структури растрових даних, чи квадродерева (quadtree, Q–tree), які відрізняються тим, що в них кожен вищерозміщений рівень є узагальненням інформації строго за чотирма комірками нижчерозміщеного рівня (рис.4.10). Завдяки цьому квадродерево має жорстку структуру, що не вимагає додаткового опису. Це – деревоподібний граф, ступінь вершини кожного вузла якого дорівнює 4, тобто розмір комірки кожного вищерозміщеного шару в 4 рази більший, ніж попереднього.

Рис. 4.10 – Подання просторового об'єкта з використанням

квадротомічної растрової структури

Особливістю квадродерев є те, що вони дозволяють зберігати й обробляти тільки значущі фрагменти растра. Перехід на нижчі рівні в квадродереві здійснюється лише для просторово неоднорідних комірок даного рівня. Якщо комірка є однорідною, вона кодується на даному рівні. Саме це в поєднанні з жорстко заданою архітектонікою даної ієрархічної структури і відсутністю необхідності зберігати інформацію з незначущих фрагментів растра забезпечує значну економію машинної пам'яті. Крім цього, жорстко задана архітектоніка Q–дерева дозволяє здійснювати швидкий доступ до даних.

Розглянемо пірамідальну структуру, що могла б бути корисною при кодуванні даних для всієї поверхні Землі. Одинична вершина на верхньому рівні піраміди (дерева) представляє повну поверхню Землі. На 15–му рівні розмір комірки порівнянний з тим, що одержують від метеосупутників, на 26–му рівні просторова роздільна здатність порівняна з роздільною здатністю аерофотознімків, а на 30–му рівні – це роздільна здатність сантиметрового масштабу. У ГІС ORRMIS, розробленій в США для цілей регіонального планування, виділено шість рівнів ієрархії. На верхньому рівні, призначеному для збереження агрегованих даних масштабу біома чи континенту, розмір комірок 7,5x7,5 хвилин (площа 15606,6 га), на нижньому – розмір комірок, по яких зберігаються висоти поверхні, 10x10 м (площа 0,01 га). Число максимальних за розміром комірок – 140, мінімальних – більше 200 млн.

Ємність пам'яті, необхідна для збереження пірамідальних структур даних, трохи більша, ніж для збереження вихідного зображення. При послідовному подвоєнні сторони комірок при переході від нижчого рівня до вищого (тобто в квадротомічних растрових структурах даних) це збільшення становить близько 30%. Однак воно, безумовно, виправдовується підвищенням інформативності й універсальності бази даних, а також ефективності ряду алгоритмів обробки просторових даних.