4.4.3. Стиснення растрових даних

Зменшення витрат машинної пам'яті для збереження растрових даних досягається використанням алгоритмів стиснення. Одним із простих і досить ефективних методів стиснення растрових даних є групове кодування (run–length encoding), що використовує просторову автокорельованість даних, особливо чітко виражену на класифікованих картах, тобто на картах контурів або ареалів, у межах яких всі комірки містять однакове значення). Так, у межах даного ґрунтового контуру на ґрунтовій карті, ландшафтного контуру на ландшафтній карті і т.ін. всі комірки растра мають те саме значення, що

відповідає, наприклад, номеру даного таксона в легенді відповідної карти.

Групове кодування полягає в кодуванні інформації, яка міститься в кожному рядку вихідної матриці за допомогою пар значень, перше з яких являє собою кількість однакових значень кодованого елемента, що йдуть один за одним, друге – значення елемента. У такому випадку матриця, зображена на рис. 4.9 редукується до вигляду:

2,2 6,1

2,2 6,1

8,1

5,1 1,3 2,1

5,1 2,3 1,1

6,1 1,3 1,1

8,1

8,1

У тому самому випадку, коли немає необхідності подання даних за рядками, вона зводиться до такого вигляду:

2,2 6,1 2,2 19,1 1,3 7,1 2,3 7,1 1,3 17,1.

Як бачимо, інформація, подана на рис. 4.9, кодується за допомогою 31 чи 20 чисел, замість 64 при записі у форматі 1:1. Таким чином, ємність пам'яті, що займається, в цьому випадку, становитиме 48% і 31% вихідної відповідно.

У тому випадку, коли растрове зображення представлене двома значеннями – 1 і 0, перше з яких відповідає, наприклад, коміркам, які розміщені всередині контуру об'єкта, що відслідковується, друге – поза ним, для стиснення інформації використовується рядковий код (row code), який являє собою послідовність груп з трьох чисел, розділених крапкою з комою. Перше число – це номер рядка, а наступні два – номери комірок у рядку, що мають ненульові значення. У разі наявності в рядку груп комірок з ненульовими значеннями через кому вказуються номери початкової і кінцевої комірок для кожної групи.

Інформація, що міститься в растрі, поданому на рис. 4.9, у припущенні, що це – карта природної рослинності і у комірках, що відповідають природним ценозам – степовим і лісовим (значення 2 і 3 на рис. 4.9), міститься значення 1, а в комірках, що відповідають ріллі (значення 1 на рис. 4.9), міститься значення 0. За допомогою рядкового коду вона подається у такому вигляді:

1 1,2; 2 1,2; 4 6,6; 5 6,7; 6 7,7,

тобто записується в пам'яті комп'ютера 15 цифрами (23% вихідної ємності).

4.5. Векторне подання метричних даних

4.5.1. Загальна характеристика

Векторним способом подання просторових даних, або векторною моделлю, називають спосіб формалізації просторових даних, що ґрунтується на використанні набору елементарних графічних об'єктів, або «графічних примітивів».

В основу векторної моделі покладено точку (point) – первинний графічний елемент із координатами (х, у), місце розташування якого відоме з довільно заданою точністю. Дві точки з координатами (х1, у1) і (х2, у2) формують другий графічний примітив, лінію (line) – відрізок прямої, що з'єднує ці точки. Замкнута послідовність ліній відокремлює частину поверхні – полігон (polygon), який є третім з основних елементарних графічних об'єктів, або графічних примітивів, на яких базується векторна модель просторових даних.Найкраще таке подання підходить для дискретних об'єктів з певними формами й границями.

Крапки (points) представляють географічні об'єкти, які занадто малі, щоб зображувати їх в обраному масштабі у вигляді полігонів або ліній, наприклад, це можуть бути населені пункти, будинки, автозаправки, телефонні стовпи, колодязі. Крапками також відображають місця подій, наприклад, місця злочинів або спалахи захворювань. Місце розташування крапки на карті задається однією парою географічних координат (x, y). Крапкові об'єкти мають при собі, як правило, описову (атрибутивну) інформацію. Наприклад, для населеного пункту атрибутом може бути чисельність населення. При формуванні карти ГІС визначають положення населених пунктів на площині за іншими географічними координатами, а різні значення атрибутів (різну чисельність населення) відобразить за допомогою умовних знаків:

Рис. 4.11 – Відображення крапкових об'єктів

На рис. 4.11 різна чисельність населення відображена різною величиною кружка, що обраний як символ, і відображає населені пункти. Атрибутивна інформація крапкових об'єктів, як і будь–яких інших об'єктів у векторному поданні, зберігається в окремій таблиці. Один крапковий об'єкт може мати кілька атрибутів. Наприклад, атрибутивна таблиця чотирьох об'єктів, зображених на рис. 4.11, може виглядати так, як показано в таблиці 4.1. У цьому випадку крапкові об'єкти мають два атрибути – назва населеного

пункту і чисельність проживаючого там населення

Таблиця 4.1 – Атрибутивна таблиця крапкових об'єктів

№	Ім’я	Населення
1	Столиця	3070101
2	Місто1	50867
3	Місто2	68901
4	Селище	567

Лінії (lines) представляють протяжні географічні об'єкти, які занадто вузькі в обраному масштабі, щоб зображувати їх у вигляді полігонів або, інакше кажучи, щоб зображувати їх у вигляді об'єктів, що мають ширину. Лініями відображаються дороги, ріки, трубопроводи й т.п. Крім цього на карті можуть бути присутнім ізолінії, яким не відповідає ніякий географічний об'єкт й, які відображають, наприклад, лінії рівної висоти. Просторова інформація про лінійні об'єкти представляє собою послідовні набори пар координат, які при з'єднанні утворять лінії. Лінійні об’єкти так як і крапкові об’єкти мають при собі описову інформацію, яка також зберігається в окремих атрибутивних таблицях. Наприклад, мережа доріг різного статусу може виглядати так, як показано на рисунку 4.12.

Рис.4.12 – Відображення лінійних об'єктів

На рисунку показані дороги різного значення: головна (1), що перетинає її дорога місцевого значення (2) і та що выдходить від головної ґрунтова дорога (3). Атрибутивна таблиця зображених лінійних об'єктів виглядає, наприклад, так( Таблиця 4.2):

Таблиця 4.2 – Атрибутивна таблиця лінійних об'єктів

№	Рівень
1	first
2	second
3	third

Полігони (polygons) – це замкнуті фігури, які показують форму й положення майданних об'єктів, таких, як держави, райони, водойми, земельні ділянки, типи ґрунтів й ін. Полігони представляються ламаними лініями, початок і кінець яких збігаються. Полігони так само як інші векторні об'єкти мають при собі описову інформацію. Важливо розуміти, що, хоча полігональний об'єкт може мати багато різних атрибутів, що описують його властивості, всі ці атрибути описують полігон цілком. Пояснимо це на прикладі. На рисунку 4.13 (a) зображений полігон, що показує землю, що належить фермерові Б. Цей полігон може мати різні атрибути, наприклад, номер запису цієї ділянки землі в кадастрі, площу, прізвище фермера, якому він належить і т.п., як це представлено в таблиці 4.3.

Рис. 4.13 – Відображення полігональних об'єктів

Якщо ж ми захочемо показати, як фермер Б розпорядився своєю землею, тобто – де в нього посаджені сільськогосподарські культури і які, де пасовище – нам доведеться розбити цей полігон на більш дрібні ділянки так, щоб кожний з нових полігонів представляв однорідну область (рис.4.13(b)). Доведеться створити й нову атрибутивну таблицю 4.4.

Таблиця 4.3 – Атрибутивна таблиця полігонального об'єкта до рис.4.13 (а)

№	Номер	Площа	Власник
1	n	2105	Петров І.І.

Таблиця 4.4 – Атрибутивна таблиця полігональних об'єктів до рис.4.13 (б)

№	Номер	Застосування
1	n	Пасовище
2	n	Картопля
3	n	Жито
4	n	Кормові

Для зв'язку з попередньою таблицею в новій таблиці залишене поле Номер (вторинний ключ). Те, що значення ідентифікатора Номер для всіх нових полігонів однаково, говорить про те, що всі вони є частиною полігона з Номером = n. Стовпець № містить ідентифікатори нових полігонів: 1, 2, 3, 4. Стовпець «Застосування» містить інформацію про те, як фермер Петров І.І. розпорядився своєю землею.

Із всієї сукупності векторних географічних об'єктів можна виділити класи родинних об'єктів. Це, наприклад, ріки, відображені лініями, які впадають в інші ріки, моря або озера. Це можуть бути залізниці, які утворять залізничну мережу й можуть початися від іншої залізниці, але не починаються від шосейної дороги. Інший приклад – озера, тобто водні об'єкти, відображувані полігонами. З таких класів родинних об'єктів, які можуть називатися шарами або темами (по–різному в різних ГІС), і становлять карту. Шар (або тема) є основною одиницею географічного подання території на карті.

На рис. 4.14 схематично показаний процес об'єднання в найпростішу цифрову карту двох шарів. Першим виведений шар водних об'єктів, представлених полігонами, – це озера й ріки, що мають значну ширину. Він має назву Lakes. Другим показаний шар водних об'єктів, представлених лініями, – це ріки, канали й протоки між озерами. Він названий Rivers. Результатом об'єднання описаних шарів є карта водних об'єктів (MAP).

Рис. 4.16 – Об'єднання двох векторних шарів у цифрову карту