4. Пространственные данные

4.1. Базы пространственных данных (геоданных)

Геоинформационная база данных.На базе СУБД строятся разнообразные информационные системы. При этом соответствующие БД могут содержать любые данные, однако в большинстве случаев это данные алфавитно-цифровые (т.е. текст) либо числовые. Общепринятым является представление БД как взаимосвязанной совокупности таблиц. Каждая таблица состоит из строк (записей) и столбцов (полей). Каждая запись несет информацию о некотором объекте, каждое поле содержит значение некоторого свойства объекта. В простейшем случае вся БД состоит из одной таблицы. В качестве примера можно рассмотреть список сотрудников предприятия, где каждая строка содержит данные об одном сотруднике, а значениями полей являются фамилия, имя, возраст, должность, размер оклада и т.п. Подобного рода данные принято называть атрибутивными или фактографическими, или проще – табличными.

Основные операции, которые можно выполнять над атрибутивными данными, включают в себя поиск данных по различным запросам, упорядочение данных, соединение взаимосвязанных данных из разных таблиц, вычисление суммарных значений, построение разнообразных отчетов.

Обычные (атрибутивные) СУБД оказываются почти бесполезными для работы с таким специфическим видом данных, как графические (пространственные) объекты.

Графический объект (далее просто объект) характеризуется привязкой к некоторой системе координат (например, географических). Объект задается, как минимум, одной парой координат (X, Y), определяющей точку его местоположения. Кроме того, объект может иметь определенную форму и размеры, которые можно задать набором координат характерных точек. Примерами объектов могут служить здания, земельные участки, столбы, страны и т.п.

Разумеется, координаты точек объектов можно считать атрибутивными данными и хранить в обычной БД. Однако такой подход не позволяет решать такие задачи, где важен именно пространственный характер объектов. Это, прежде всего, отображение объектов на экране или принтере, пространственный поиск, расчет геометрических характеристик объектов, визуальное редактирование объектов, а также разнообразные задачи пространственного анализа.

База данных, спроектированная таким образом, чтобы хранить информацию о графических объектах, называется геоинформационной базой данных (ГБД). Содержание ГБД не ограничивается координатами объектов. Прежде всего, объекты могут быть классифицированы по типам, геометрическим характеристикам, назначению и другим признакам. Кроме того, с каждым объектом может быть связана определенная атрибутивная информация. Эта информация также должна храниться в составе ГБД.

Рис.4.1. Пример запроса

4.2. Операции с пространственными данными

Функциональные возможности. ГИС в целом выполняет пять основных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Географические изображения для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде напрямую, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо с помощью дигитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет географическую привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики этих объектов или элементов имеют ссылку на местоположение. Понятно, что число и разнообразие свойств и характеристик зависит только от потребностей пользователя (и возможностей, конечно). Любая информация, которая содержит прямые или косвенные сведения о названиях, географических или других координатах, ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ, номер участка, километровый столб и т. п., может быть включена в ГИС. Средства манипулирования представляют собой различные способы преобразования и выделения данных, например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных, где для связывания таблиц служат общие поля. Запрос и анализ в ГИС можно выполнять на разных уровнях сложности: от простых вопросов - где находится объект и каковы его свойства (для чего нужно просто щелкнуть по объекту мышью), до поисков по сложным шаблонам и сценариям вида "а что если...". Очень важны в ГИС средства анализа близости и наложения объектов. Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например, выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от автодороги). (рис. 4.1.) Второй - позволяет рассчитывать пересечение, объединение и другие сочетания двух и более площадных объектов, расположенных в разных тематических слоях (так называемые оверлейные операции).

Рис. 4.2. Выделение буферных зон вокруг заданных объектов

Результаты наложения можно просто отображать на экране или же создавать новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки и анализа пространственных данных является карта, которая легко дополняется отчетными документами, трехмерными изображениями, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими мультимедийными средствами. Кроме базовых операций, ГИС имеет и специальные группы функций, реализующих задачи прокладки маршрута, поиска кратчайших расстояний, пространственной статистики и т. д. По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные ГИС-пакеты широкого применения; полнофункциональные системы и ГИС уровня предприятия (корпоративные системы).