Лекция02(ГИС)

28

А (см. пример), какой полигон граничит с полигоном Б через границу d, найти все возможные пути из третьего узла во второй.

Объекты и атрибуты позволяет описывать условия, существующие на карте или в реальности. Векторные объекты, используемые для описания пространственного изменения явления должны подчиняться некоторым простым правилам:

1.два площадных объекта не должны перекрываться;

2.каждая точка изучаемого пространства должна находиться внутри только одного площадного объекта (или на границе).

5. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАСТРОВОЙ И ВЕКТОРНОЙ МОДЕЛЕЙ

Сопоставление растровой и векторной моделей представлены на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 – Сопоставление растровой и векторной моделей

У обоих моделей отмечаются как преимущества (таблица 2.1) так и недостатки.

Таблица 2.1 – Преимущества растровой и векторной моделей данных

Как правило, программные средства ГИС поддерживают одну, реже две модели пространственных данных. Растровые модели имеют более простую структуру данных и более простые методы для пространственного анализа, чем векторные, но требуют больших размеров памяти в ЭВМ и ограничены в точности

29

представления географических сущностей.

Любая реальная географическая ситуация может быть представлена и векторной, и растровой моделью. Данные из растровой могут быть конвертированы в векторную модель и наоборот.

6. ОРГАНИЗАЦИЯ АТРИБУТИВНЫХ ДАННЫХ В ГИС

Атрибутивные данные в ГИС обеспечивают связь между местоположением символа и его значением. Этим символом может быть как ячейка матрицы в растровых ГИС, так и графический объект векторной ГИС. Связь осуществляется при помощи уникального номера пространственного объекта.

Атрибутивные данные географических объектов представляются в форме специальных атрибутивных таблиц состоящих из строк и столбцов. Таблица атрибутов объектов – это особый тип файла данных, хранящий информацию о каждой точке, дуге или полигоне. Она содержит стандартные атрибуты, появляющиеся в определенном порядке. Таблицы этого типа содержат все данные тематических атрибутов, связанные с пространственной информацией карты. В файле возможно любое число атрибутов, однако, все строки имеют одинаковый формат и длину. Одни и те же колонки или поля в каждой записи всегда представляют определенный атрибут объекта. При формировании наименования полей атрибутов объектов, например в ГИС ARC/INFO, придерживаются определенных соглашений. Название поля должно представлять любое имя, начинающееся с буквы и включающее до 10 алфавитно-цифровых символов или знак подчеркивания. В зависимости от содержания атрибутивных данных создается одно из возможных типов полей:

1.Символьное (Character) – любая комбинация алфавитно-цифровьх символов.

2.Числовое (Number) – любые символы, которые составляют допустимое целое или вещественное число.

3.Дата (Date) – занимает 8 байт.

Например, если значение для некоторого атрибута содержит нецифровые символы, этот тип необходимо определить как символьный; если эти значения цифровые с десятичной точкой или без нее, то тип определяют как числовой. При этом любые цифровые значения могут храниться и как символьные атрибуты, но в этом случае с ними нельзя обращаться как с числами и производить с ними арифметические действия. Например, числовые значения 213 и 300 можно сложить и получить в сумме 513, тогда как эти же значения, представленные в виде строк символов «213» и «300» не могут быть просуммированы. Почтовые коды часто хранятся как числовые атрибуты, так как иногда необходимо манипулировать ими, как числовыми значениями.

Размер атрибута объекта должен быть достаточным для самого длинного сохраняемого значения и составляет до 254 для символьного типа и до 16 для числового типа, включая знак числа и десятичную точку. Если определяется тип

30

атрибута объекта как дата, то размер записи должен быть 8.

Совокупность цифровых данных о пространственных объектах образует множество пространственных данных и составляет содержание баз географических данных, определяет принципы построения информационного обеспечения ГИС.

Можно отметить следующие основные требования к базам данных ГИС:

•согласованность по времени – хранящиеся в ней количественные данные должны соответствовать определенному времени, быть актуальными;

•полнота – должна быть достаточно подобрана для предполагаемого создания ГИС или картографического произведения; категории данных и их подразделения должны включать все необходимые сведения для осуществления анализа или математико-картогорафического моделирования объекта или явления;

•позиционная точность и абсолютная совместимость с другими данными,

которые могут в нее добавляться;

•достоверность – БД должна правильно отражать характер явлений. Для этого необходимо четко определить включенные в нее атрибуты явлений;

•легкая обновляемость;

•доступность для любых пользователей.

Непространственные данные могут существовать в различных формах: в виде «плоского» файла, иерархической, сетевой или реляционной базы данных.

«Плоский» файл – самый простой способ хранения атрибутных данных. В «плоском» файле все свойства отображаемой географической сущности содержатся в одном файле в виде таблицы. Все записи об объектах имеют одинаковое число полей и фиксированную длину.

Обычно различают три класса баз данных: иерархические, сетевые и реляционные.

Иерархические модели получили широкое распространение в начале шестидесятых годов. Входящие в состав данных по такой модели записи образуют древовидную структуру – каждая из них связана с одной записью, находящейся на более высоком уровне иерархии. Доступ к любой из записей осуществляется путем прохода по строго определенной цепочке узлов дерева с последующим просмотром соответствующих этим узлам записей.

Для простых задач иерархическая система эффективна, но она практически непригодна для использования в сложных системах с оперативной отработкой запросов и распределенной архитектурой. Иерархическая организация не может обеспечить быстродействие, необходимое для работы в условиях одновременного модифицирования файлов несколькими пользователями ГИС.

Сетевые модели были призваны устранить некоторые из недостатков иерархических моделей. В сетевой модели каждый из узлов может иметь не один, а несколько узлов – родителей. Записи, входящие в состав сетевой структуры, содержат в себе указатели, определяющие местоположение других записей,

31

связанных с ними. Такая модель позволила ускорить доступ к данным, но одна важная задача осталась нерешенной – изменение структуры базы данных по прежнему требовало значительных усилий и времени. Операции модификации и удаления данных требовали перестановки указателей, а манипулирование данными осталось ориентированным на записи и описывалось языком процедурного типа. Для поиска отдельной записи в иерархической или сетевой структуре программист должен вначале определить путь доступа, а затем просмотреть все записи лежащие на этом пути. На каждом шагу приходится определять индивидуальные управляющие команды и условия, с помощью которых обрабатываются исключительные ситуации.

Реляционные базы данных. Концепция реляционной модели данных была впервые выдвинута в пятидесятые годы, но первые реализации появились только в семидесятых, а широкую популярность эта модель завоевала лишь в восьмидесятых. СУБД реляционного типа освобождает пользователя от всех ограничений, связанных с организацией хранения данных и спецификой аппаратуры. Изменение физической структуры базы данных не влияет на работоспособность прикладных программ, работающих с нею.

Эти СУБД предоставляют пользователю мощные средства работы с данными и автоматически выполняют такие системные функции, как восстановление после сбоя и одновременный доступ нескольких пользователей к разделяемым данным. Такой подход избавляет пользователя от необходимости знать форматы хранения данных, методы доступа и методы управления памятью.

Преимущества реляционных моделей данных заключаются в следующем. В распоряжение пользователя предоставляется простая структура данных – они рассматриваются как таблицы. Пользователь может не знать, каким образом его данные структурированы в базе – это обеспечивает независимость данных. Возможно использование простых непроцедурных языков запросов.

Способ описания и представления пользователю данных, принятый в реляционных системах, радикально отличается от способов, принятых в иерархических и сетевых моделях. Манипулирование данными осуществляется при помощи операций, порождающих таблицы. Комбинируя таблицы, выбирая отдельные столбцы и строки, пользователь может одной операцией сформировать новые таблицы для отображения на экране терминала, для дальнейшей обработки или записи на хранение. Табличная организация позволяет неопытному пользователю быстрее освоиться с системой. Каждая строка в таблице соответствует записи в файле, которую столбцы таблицы разбивают на поля.

Реляционные СУБД обладают рядом особенностей, влияющих на организацию внешней памяти:

•наличие двух уровней системы: уровня непосредственного управления данными во внешней памяти и языкового уровня;

•информация, связанная с именованием объектов БД и их конкретными свойствами, поддерживается подсистемой языкового уровня;

32

•регулярность структур данных во внешней памяти, поскольку основным объектом реляционной модели данных является плоская таблица;

•для выполнения операторов языкового уровня как над одним, так и над несколькими отношениями во внешней памяти поддерживаются дополнительные «управляющие структуры – индексы;

•для выполнения требования надежного хранения БД поддерживается избыточность хранения данных во внешней памяти.

7. ПОНЯТИЕ СЛОЯ, ПОКРЫТИЯ

В ГИС-технологиях (например, ARC/INFO) цифровая модель карты, формирующая единицу хранения векторной базы картографических данных ГИС, называется покрытием. Покрытие хранит географические объекты первичного уровня (точки, дуги, узлы, полигоны) и вторичного уровня (координаты углов, аннотации и проч.). Каждая точка в ARC/INFO описывается единственной парой координат x, y и внутренним порядковым номером. Координаты точек находятся в файле с именем LAB. Для хранения атрибутивных данных точек предназначена атрибутивная таблица точек, имеющая имя PAT. Для каждой точки в таблице существует одна запись. Запись в таблице связана с точечным объектом посредством порядкового номера. Таблица PAT содержит четыре поля:

1.AREA – содержит площадь полигона. Для точечных объектов значение поля равно 0.

2.PERIMETER – содержит периметр полигона. Для точечных объектов значение поля равно 0.

3.<COVER># – внутренний порядковый номер (т.е. номер записи) точечного объекта в файле LAB (так называемый системный идентификатор).

4.<COVER>-ID – номер, присвоенный точечному объекту пользователем (пользовательский идентификатор).

Дуги хранятся в двух файлах покрытия: ARC и ААТ. Файл ARC содержит одну запись для каждой дуги. Каждая дуга содержит пользовательский идентификатор дуги USER-ID, информацию о ее положении и форме, выраженной сериями точек

скоординатами x, y от начального до конечного узла и номера правого и левого полигонов. Если покрытие не имеет полигонов, эти номера равны 0. Описательная информация хранится в атрибутивной таблице дуг (ААТ). Каждой дуге покрытия соответствует одна запись в таблице. Запись таблицы связана с объектом внутренним порядковым номером, который имеется у каждой дуги.

Полигоны представляются последовательностями координат х, у, которые соединяются, образуя границу площадного объекта. Некоторые ГИС хранят полигоны в этом формате. Однако, ARC/INFO хранит дуги, определяющие полигон, а не замкнутые наборы пар координат х, у. Список дуг, образующих каждый полигон, также хранится и при необходимости используется для создания полигона (например, при его рисовании). Дуга может входить в списки дуг нескольких полигонов, однако каждая из дуг хранится только в одном месте.

33

Такой способ хранения дуг уменьшает количество данных и исключает перекрывание границ соседних полигонов. Так как каждая дуга имеет направление (начальный и конечный узлы), ARC/ INFO ведет список полигонов, находящихся слева и справа от дуги. Таким образом, полигоны, имеющие общую дугу, являются смежными. Первый номер присваивается полигону, который лежит вне изучаемой области. Этот полигон называется внешним или универсальным и представляет территорию, внешнюю для всех полигонов карты.