10.8. Пакет pcRaster

Пакет PCRaster був створений на кафедрі фізичної географії університету м. Утрехта, Нідерланди, у 1991 році (Van Deursen & Wesselling, 1992). Сучасна версія пакета PCRaster є результатом розробки групи фахівців з Утрехтського університету і комерційної фірми PCRasterEnvironmentalSoftware(Нідерланди) (PCRaster manual ., 1998). Пакет запускається під керуванням операційних систем UNIX, MS DOS версії 3.1 і пізніших і Windows 9х і пізніших. Для DOS-версії для запуску достатній персональний комп’ютерIBMAT-386 із співпроцесором, 4 Мб оперативної пам’яті і VGA дисплеєм.

Пакет PCRaster є системою, призначеною для моделювання навколишнього середовища (Environmental Modelling system), строго кажучи, не призначену для розроблення власне географічних інформаційних систем. Він включає сукупність програмних модулів, що забезпечують реалізацію функцій аналізу, відображення і конвертації, мову просторово-часового аналізу і моделювання (DynamicModellingLanguage) і пакет геостатистичного моделювання Gstat (Pebesma, Wesseling, 1998).

Пакет PCRaster належить до растрових пакетів, які застосовують строгий механізм контролю типу даних, що використовуються. Це означає, що інформація про тип даних додається до всіх масивів просторових даних. Використовування типу даних дозволяє керувати способом зберігання даних в базі даних і можливостями з маніпулювання і аналізу даних. Це дає можливість раціонально організувати зберігання інформації і уникнути отримання неправильних (іноді безглуздих) результатів при маніпулюванні даними.

Пакет працює з чотирма видами даних. Двовимірні масиви просторових даних представляються як растрові карти, які зберігаються в бінарному форматі, названому розробниками "Rijksumversitein Utrecht Cross System Format" (CSF). Це – основний вид даних, оскільки практично будь-який оператор пакета або використовує, або генерує растрові карти. Вони зберігаються у вигляді файлів даних, що мають розширення .map. Окрім цього, при маніпулюванні і аналізі використовуються підготовлені вasciiформатітабличні дані, представлені власне «таблицями», «часовими рядами» і «точковими даними». Таблиці можуть бути представлені двома способами – у вигляді колонок даних (columntable) або у вигляді двовимірної матриці (matrix table). Вони використовуються для перекодування карт за заданими алгоритмами. Часові ряди містять набори даних, що змінюються у часі, і використовуються при динамічному моделюванні. Точкові дані містять інформацію про координатиx,уточок простору з відомими значеннями якої-небудь змінної і самі ці значення і використовуються для створення растрових карт.

За типом просторово-розподіленої інформації, що відображається на карті (типу даних), карти пакета PCRaster діляться на:булівські (boolean), номінальні (nominal), порядкові (ordinal), скалярні (scalar), спрямовані (directional), напрямів місцевих ліній течії (ldd) (табл. 10.1). Кожний тип даних ставить специфічні вимоги до обсягу пам’яті, необхідної для їх зберігання, а також визначає можливості їх використання для аналізу і правила маніпулювання.

Пакет PCRaster є відкритою системою. Його архітектура дозволяє виконувати інтеграцію з класичними ГІС-функціями, такими, як керування базою даних, виведення просторової інформації на екран і друкування, і функціями моделювання навколишнього середовища. Модулі картографічного і динамічного моделювання інтегровані з традиційними ГІС-модулями на високому рівні, що означає, що традиційні ГІС-функції і функції моделювання з’єднані в єдину мову ГІС і моделювання, яка дозволяє виконувати і традиційні операції ГІС і динамічне моделювання.

Т а б л и ц я 10.1. Характеристика типів даних, що використовуються пакетом PCRaster

Тип даних	Характер змінної	Значення	Приклади використовування
boolean	Булівська	0 (false) 1 (true)	Є/немає, придатний/непридатний
nominal	Класифікована, непорядкова	0–255 цілі числа	Ґрунтові типи, класи доріг
ordinal	Класифікована, порядкова	0–255 цілі числа	Стадії розвитку
scalar	Безперервна	-1037–1037 дійсні числа	Висота над р. м., температура
directional	Безперервна, направлена	0–2 (радіан) або 0–360 (градусів), дійсні числа	Експозиції схилів
ldd	Напрям лінії течії до сусідньої чарунки	1–9 (коди напрямів)	Гідрографічна мережа

Блок картографічного моделювання містить оператори для статичного аналізу карт. Набір операторів відповідає концепції картографічної алгебри і картографічного моделювання, а саме концепції пакета MAP(MapAnalysisPackage), розробленогоC.Д. Томліном (Tomlin, 1983, 1990).У складі пакетаPCRasterє оператори, що забезпечують всі ці види операцій картографічної алгебри, у тому числі: локальні операції – оператори арифметичних і алгебраїчних функцій, булівські оператори, оператори відношення, порівняння, округлення, генерації полів й ін.; оператори сусідства, що виконують операції в ковзному вікні – фільтрації, ковзного усереднювання та ін., а також зональні і глобальні оператори для обчислень в межах певної площі (наприклад, в межах грунтових або ландшафтних контурів) або всієї карти.

До складу пакета також входить набір геоморфологічних і гідрологічних функцій, що виходять за межі операторів, які зазвичай розглядаються як оператори картографічної алгебри. З геоморфологічних функцій це, крім обчислювання ухилів і експозицій, розрахунок подовжньої і поперечної кривизни схилів, з гідрологічних – побудова карт місцевих ліній течії, оконтурювання водозборів, розрахунок транспорту матеріалу за гідрографічною мережею та ін.

Пакет геостатистичного аналізу і моделювання Gstat (Pebesma,Wesseling, 1998), сумісний зPCRaster, забезпечує можливість тренд-аналізу, просторової інтерполяції з використанням методів середнього зваженого і локально-стохастичної (кригінг) інтерполяції з оптимізацією варіограмної моделі, моделюванням безперервної поверхні і оцінкою її точності.

Загальна кількість операторів просторового аналізу і моделювання в сучасній версії пакета перевищує 120. В сукупності цей набір операторів і правил операцій з ними і є комп’ютерною мовою просторово-часового аналізу і моделювання (DynamicModellingLanguage), який може використовуватися для побудови широкого класу моделей – від дуже простих до концептуально складних, фізично обґрунтованих моделей процесів у навколишньому середовищі, таких, як моделі поверхневого стоку, водної ерозії, транспорту забруднювачів та ін.

Як недолік відзначимо, що в пакеті не передбачена можливість підтримки дигітайзерного введення просторових даних. Нові електронні карти створюються або шляхом перетворення файлів табличних значень, або з використанням можливостей інших ГІС- пакетів. Як обмінний використовується ascii-формат.