Что такое пространственные данные?

Пространственные данные идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле. Эта информация может быть получена с помощью, дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок. Пространственные данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение, свойства и характеристики, пространственные отношения, время. ГИС обеспечивает взаимосвязь между любыми количественными и качественными характеристиками географических объектов и явлений, представленных в БД в виде точек, линий, полигонов и равномерных сеток.

Географическое положение (размещение) пространственных объектов представляется 2-х (широта, долгота), 3-х (широта, долгота, высота или глубина) или 4-хмерными (широта, долгота, высота или глубина, время) координатами в географически системе координат. Наиболее универсальными и употребительными способами цифрового описания пространственных объектов являются:

• векторное представление (точки, линии, полигоны);

• векторно-топологическое представление;

• векторно-нетопологическое или модель "спагетти";

• растровое представление (ячейки, сетки);

• регулярно-ячеистое представление;

• квадродерево (квадротомическое представление).

К менее распространенной или применяемой для представления пространственных объектов определенного типа относится гиперграфовая модель и ее многомерные расширения. Существуют способы и технологии перехода от одних способов представления пространственных данных к другим (например, растрово-векторное преобразование и обратно).

Растровая модель данных - цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселей) с присвоенными им значениями класса объекта. Растровая модель предполагает позиционирование объектов указанием их положения в соответствующей растру прямоугольной матрице единообразно для всех типов пространственных объектов (точек, линий, полигонов и поверхностей). Она разбивает всю изучаемую территорию на элементы регулярной сетки или ячейки. Каждая ячейка содержит только одно значение и является пространственно заполненной, поскольку каждое местоположение на изучаемой территории соответствует ячейке растра, иными совами - растровая модель оперирует элементарными местоположениями. Элементом модели является пиксель — точечный элемент изображения, адресуемый номером строки и столбца в матрице значений растра. В каждой точке возможно несколько независимых измерений, каждое из которых называется каналом растра. Растровая модель применяется для записи аэрокосмических снимков, фотографий, карт непрерывных распределений и поверхностей (рельеф, температура, лед на космических снимках и т.д.). Преимуществами растровой модели является простая структура данных, возможность осуществлять эффективные оверлейные операции, работать со снимками.

Векторная модель данных имеет векторно-нетопологическое представление данных - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар с описанием только геометрии объектов. Векторная (объектная) используется для представления объектов реального мира в виде отдельных информационных сущностей, содержащих координаты, форму, размер, количественные и качественные характеристики представляемых объектов реального мира. Элемент модели — пространственный объект, представляемый набором точек или отрезков (векторов) и набором атрибутов (описательных характеристик). Применяется для создания цифровых карт, подобных по структуре бумажным топографическим картам. Преимуществами векторной модели являются компактная структура, простая топология, качественная графика.

Векторно-топологическое представление (линейно-узловое представление) - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между полигонами, дугами и узлами. Векторная модель данных основана на векторах (направленных отрезках прямых). Базовым примитивом является точка. Объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями или дугами. Площади определяются набором линий. Представляет собой объектно-ориентированную систему. Типами векторных объектов, основанных на определении пространственных размеров, являются:

• безразмерные типы объектов (точка, узел - топологический переход или конечная точка, также может определять местоположение);

• одномерные типы объектов (линия, линейный сегмент - прямая линия между двумя точками, строка - последовательность линейных сегментов, дуга - геометрическое место точек, которые формируют кривую определенную математической функцией, связь - соединение между двумя узлами, направленная связь - связь с одним определенным направлением, цепочка - направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов или дуг с узлами на их концах, кольцо - последовательность непересекающихся цепочек, строк, связей или замкнутых дуг);

• двумерные типы объектов (область - ограниченный непрерывный объект, который может включать или не включать в себя собственную границу, внутренняя область - область, которая не включает собственную границу, полигон (контур) - 2-мерный (площадной) объект, внутренняя область, образованная замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях или сегментов в модели "спагетти".