Типи і способи представлення даних в гіс
Дані в ГІС поділяються на позиційні та атрибутивні.
Позиційні дані описують просторові характеристики різних об'єктів, таких як дороги, будівлі, водойми, лісові масиви. Реальні об'єкти можна розділити на дві абстрактні категорії: дискретні (будинки, територіальні зони) і безперервні (рельєф, рівень опадів, середньорічна температура).
Існує два способи представлення позиційної інформації — векторний та растровий.
Растровий спосіб. Растрові дані зберігаються у вигляді наборів величин, упорядкованих у формі прямокутної сітки. Осередки цієї сітки називаються пікселями. Найпоширенішим способом отримання растрових даних про поверхню Землі є дистанційне зондування, проведене за допомогою супутників. Зберігання растрових даних може здійснюватися в графічних форматах, наприклад TIF або JPEG, або в бінарному вигляді в базах даних. Найчастіше растр використовують для безперервних об'єктів.
Векторний спосіб. Дискретні об'єкти та безперервні поля величин представляють за допомогою сукупності геометричних фігур — векторних об'єктів. Найпоширенішими типами векторних об'єктів є:
Точки — Використовуються для позначення географічних об'єктів, для яких важливо розташування, а не їхня форма або розміри. Можливість позначення об'єкта точкою залежить від масштабу карти. У той час як на карті світу міста доцільно позначати точковими об'єктами, то на мапі міста саме місто представляється у вигляді безлічі об'єктів. У ГІС точковий об'єкт зображується у вигляді деякої геометричної фігури невеликих розмірів (квадратик, гурток, хрестик), або піктограмою, що передає тип реального об'єкта.
Полілінії — Служать для зображення лінійних об'єктів. Полілінія — ламана лінія, складена з відрізків прямих. Полілінією зображуються дороги, залізничні колії, річки, вулиці, водопровід. Допустимість зображення об'єктів полілінією також залежить від масштабу карти. Наприклад, велика річка в масштабах континенту цілком може зображуватися лінійним об'єктом, тоді як вже в масштабах міста потрібно її зображати просторовим об'єктом. Характеристикою лінійного об'єкта є довжина.
Багатокутники (многокутники чи полігони) — служать для позначення просторових об'єктів з чіткими кордонами. Прикладами можуть служити озера, парки, будівлі, країни, континенти. Характеризуються площею і довжиною периметра.
Векторні дані добре підходять для передачі інформації про дискретні географічні об'єкти, але можуть описувати також безперервні поля величин. Поля при цьому зображуються у вигляді ізоліній або контурних ліній. Одним із способів подання рельєфу є нерегулярна тріангуляційна сітка. Така сітка формується безліччю точок з прив'язаними значеннями (в даному випадку висота). Значення в довільній точці всередині сітки виходять шляхом інтерполяції значень у вузлах трикутника, в який потрапляє ця точка.
Векторні дані зазвичай мають набагато менший розмір, ніж растрові. Їх легко трансформувати і проводити над ними бінарні операції. Векторні дані легко перетворити на растрові в той час як обернена операція набагато складніша. Векторні дані дозволяють проводити різні типи просторового аналізу, наприклад пошук найкоротшого шляху в дорожній мережі. Проте з растром простіше проводити оверлейний аналіз.
Атрибутивна інформація
У ГІС до векторних об'єктів можуть бути прив'язані семантичні дані. Наприклад, на карті територіального зонування до просторових об'єктів, які становлять зони, може бути прив'язана характеристика типу зони. Структуру і типи даних визначає користувач. На основі атрибутивних значень, присвоєних векторним об'єктам на карті, може будуватися тематична карта, на якій ці значення позначені кольорами відповідно до шкали кольорів або різного роду штрихуванням чи точками. Найчастіше атрибутивні дані зберігаються у таблицях реляційної бази даних та є прив'язаними до певних векторних об'єктів. У випадку використання растрового способу позиційна та атрибутивна інформація поєднуються — колір піксела передає одночасно і розташування і характеристику.
При побудові ГІС застосовують набір базових геометричних даних, з яких потім компонують інші більш складні дані. У ГІС використовуються такі типи атомарних геометричних даних:
точка (вузол, вершина);
лінія незамкнута;
контур (лінія замкнута);
полігон (ареал, район) - група прилеглих один до одного замкнутих ділянок;
просторова мережа (розвиток типу «полігон»).
Складні типи даних у ГІС: а – міські квартали у вигляді полігональних об’єктів;
б – полігональний об’єкт із регіонами виключення; в – полілінія; г – мультиточковий об’єкт
Напрактиці з цих атомарних моделей формуються складні складові моделі. У різних ГІС вони відрізняються, тому як приклад будемо надалі розглядати моделі ГІС Географ (GeoGraph). Основні елементи промислового пакета Географ наступні (рис. 2.14):
1. Точка - геометричний об'єкт, заданий парою координат Х і У.
2. Відрізок - лінія, що з'єднує дві точки.
3. Вершина (вертекс) - початкова або кінцева точка відрізка.
4. Дуга (полілінія) - впорядкований набір зв'язкових відрізків.
5. Вузол - початкова або кінцева вершина дуги.
6. Символ із вузол - вузол, що належить тільки однієї дузі, у якої початкова та кінцева вершини не збігаються.
7. Псевдовузол - вузол, що належить двом дуг або однієї замкнутої дузі, у якої початкова та кінцева вершини збігаються (вузол, при проходженні якого немає альтернативи вибору подальшого шляху).
8. Нормальний вузол - вузол, що належить трьом або більше дуг, або вузол, що належить двом дуг, одна з яких самозамкнутості на цьому вузлі, а друга примикає до нього (вузол, при проходженні якого є можливість вибору подальшого шляху).
9. Замкнута дуга - дуга, у якої збігаються початкова та кінцева вершини (дуга, у якої є тільки один вузол).
10. Полігон - область, обмежена замкнутою дугою або впорядкованим набором пов'язаних дуг, які утворюють замкнутий контур.
11. Покриття - набір файлів, які фіксують у вигляді цифрових записів просторові об'єкти і структуру відносин між ними.
12. Порожнє покриття - покриття, на якому відсутні просторові об'єкти.
13. Шар - покриття, що розглядається в контексті його змістовної визначеності (рельєф, рослинність та ін.)
14. Внутрішній ідентифікатор просторового об'єкта - ціле число, що є службовим ідентифікатором об'єкта (унікальне ім'я для кожного об'єкта даного покриття, яка призначається автоматично в процесі роботи редактора).
15. Користувальницький ідентифікатор просторового об'єкта - ціле число, що служить для зв'язку об'єктів цифрової карти з таблицями тематичних даних.
Розглянемо особливості, властиві основним елементам векторних даних ГІС.
Точкові об'єкти. До найпростіших типам точкових об'єктів відносяться не тільки власне точки, але й умовні точкові знаки. Наприклад, знаком «Нафтова вишка» може бути позначено родовище. Це точковий об'єкт. Вибір об'єктів, що позначаються точками, залежить від масштабу карти. На великомасштабних картах точками позначаються окремі будови, а на дрібномасштабних - міста і навіть країни. Особливістю точкових об'єктів є те, що вони зберігаються як у вигляді графічних файлів, так і у вигляді таблиць, як атрибути, тому що координати точок розглядаються як дві додаткові характеристики. Таким чином, інформацію про набір точок можна представити у вигляді розгорнутої таблиці, в якій окрім координат можуть знаходитися і інші атрибути кожній з точок-об'єктів. У таких таблицях кожному рядку відповідає об'єкт-точка, кожному колонку - ознака, відповідний типізовану даному (або координата, або атрибут).
Лінійні об'єкти. Вони використовуються для опису мереж (наприклад, дорожня, транспортна, телефонна, гідрологічна мережа). Будь-яка мережа складається з вузлів (вершин) та відокремлених ліній і дуг (Ланок). Для кожного вузла у лінійних об'єктів існує характеристика - валентність.
Валентність вузла - це кількість суміжних вузлу дуг. Кінці відокремлених ліній одновалентних. Для вуличних мереж (перетин вулиць) валентність найчастіше дорівнює чотирьом. У гідрографії частіше зустрічаються тривалентні вузли (основне русло річки і приплив).
Лінійні об'єкти, як і точкові, мають свої атрибути, причому різні для дуг і для належних їм вузлів. Приклади атрибутів, застосовуваних для опису дуг:
дорога: атрибути - напрямок руху, інтенсивність руху, протяжність;
транспортна магістраль: кількість смуг для руху; час у дорозі;
газопровід: діаметр труби, напрямок руху газу;
лінія ЛЕП: напруга ЛЕП.
Зразкові атрибути для вузла:
перехрестя: наявність підземного переходу, назви перетинають вулиць;
підстанція ЛЕП: характеристика трансформатора ЛЕП;
пішохідний перехід: наявність світлофора, ширина переходу, наявність острівця безпеки та ін
Деякі атрибути можуть служити для зв'язку з іншими об'єктами (наприклад, назви перетинають вулиць). Часто для включення додаткових атрибутів потрібно розбивати лінійні об'єкти і створювати нові вузли: наприклад, частина русла річки забруднена, її розбивають на чисту частину річки та забруднену і описують їх по-різному.
Ареали або полігони. В одній ГІС може бути представлено кілька типів ареалів: наприклад, економічні зони, дані про сільськогосподарські угіддя та ін Часто межі ареалів визначити по карті або фотознімку можна - їх встановлюють штучно, наприклад, зони на території міста, забруднені викидами підприємств, економічні зони та ін