Ы, включают методы обработки данных многих ранее су­ществовавших автоматизированных систем (АС), с другой обладают спецификой в организации и обработке данных

Вид материала

Документы

Содержание 4.2. Координатные данные Основные типы координатных моделей Линейные объекты. Взаимосвязи между координатными моделями

Подобный материал:

• Методы анализа данных, 17.8kb.
• Методика определения актуальных угроз безопасности персональных данных при их обработке, 175.98kb.
• Понятия о базах данных и системах управления ими. Классификация баз данных. Основные, 222.31kb.
• Анализ и оценка дисциплин обслуживания требований (запросов) с учетом их приоритетов, 20.53kb.
• Программа дисциплины «Методы обработки экспериментальных данных», 318.77kb.
• «Прикладная информатика (по областям)», 1362.72kb.
• Методические указания к курсовому проектированию по курсу "Базы данных" Составитель:, 602.97kb.
• Концепция баз данных уже давно стала определяющим фактором при создании эффективных, 293.58kb.
• Доклад Тема: «Информационные технологии», 58.36kb.
• Рабочей программы дисциплины Структуры и алгоритмы обработки данных по направлению, 21.62kb.

4.2. Координатные данные

Геометрически информация, содержащаяся на карте, может быть определена как совокупность наборов точек, линий, контуров и площа­дей, имеющих метрические значения, отражающие трехмерную реаль­ность. Эта информация образует класс координатных данных ГИС.

Такое определение широты не годится для эллипсоида.

Основные типы координатных моделей

Класс координатных моделей можно разбить на типы. При этом сле­дует учесть, что попытка включить в описание широкий набор групп приводит к усложнению базы данных и процессов обработки. В ГИС используют меньшее число атомарных моделей по сравнению с САПР.

В ГИС, как и в САПР, применяют набор базовых геометрических типов моделей, из которых создают все остальные, более сложные. С учетом предметной области карт ограничиваются лишь описанием та­ких типов (структур географических данных), которые относятся к пред­ставлению топографии и к тематическому упорядочению.

В ГИС включают следующие основные типы координатных данных (рис. 4.1):

• точка (узлы, вершины);

• линия незамкнутая;

• контур (замкнутая линия);

• полигон (ареал, район) - группы примыкающих друг к другу зам­кнутых участков.

В некоторых системах в описание основных типов моделей включа­ют понятие пространственная сеть, которая является развитием типа данных район. Контуры и линии часто объединяют общим термином - "линейные объекты". Таким образом, в разных ГИС число основных типов координатных моделей меняется от трех до пяти. Проводя сравне­ние с технологиями САПР, отметим, что основные типы координатных данных являются аналогами атомарных моделей в САПР, которые назы­вают примитивами.

Приведенные выше понятия носят концептуальный характер. На практике для построения реальных объектов используют большее чис­ло составных координатных моделей. В разных ГИС они незначительно отличаются, поэтому рассмотрим в качестве примера набор данных в системе ГеоДраф:

• точка - пара координат X, Y;

• отрезок - линия, соединяющая две точки;

• вершина (вертекс) - начальная или конечная точка отрезка;

• дуга (линия) - упорядоченный набор связных отрезков (или вер­шин);



Рис. 4.1. Основные типы координатных данных

• узел - начальная или конечная вершина дуги;

• висячий узел - узел, принадлежащий только одной дуге, у которой начальная и конечная вершины не совпадают;

• псевдоузел - узел, принадлежащий только двум дугам либо одной замкнутой дуге, у которой начальная и конечная вершины совпадают. Исключением является узел, принадлежащий двум дугам, одна из кото­рых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней (такой узел является нормальным);

• нормальный узел - узел, принадлежащий трем (и более) дугам. Нормальным также является узел, принадлежащий двум дугам, одна из которых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней;

• висячая дуга - дуга, имеющая висячий узел;

• замкнутая дуга - дуга, у которой совпадают начальная и конечная вершины (у такой дуги имеется только один узел);

• полигон - единичная область, ограниченная (находящаяся внутри) замкнутой дугой или упорядоченным набором связных дуг, которые об­разуют замкнутый контур;

• покрытие - набор файлов, фиксирующий в виде цифровых запи­сей пространственные объекты (точки, дуги , полигоны) и структуру отношений между ними;

• пустое покрытие - покрытие, в котором отсутствуют простран­ственные объекты;

• слой - покрытие, рассматриваемое в контексте его содержатель­ной определенности (растительность, рельеф, административное деле-йие и т.п.) или его статуса в среде редактора (активный слой, пассивный слой);

• внутренний идентификатор пространственного объекта - целое чис­ло, являющееся служебным идентификатором системы (уникальное для йждого объекта данного покрытия и назначаемое автоматически в процес­се работы редактора). Может изменяться системой в процессе работы;

• пользовательский идентификатор (внутренний ключ) простран­ственного объекта - целое число, служащее для связи объектов цифро­вой карты с базой (таблицами) тематических данных. Назначается и из­меняется только пользователем.

На рис. 4.2 показаны основные из рассмотренных элементы вектор­ных данных ГИС.



Рис. 4.2. Основные элементы векторных данных ГИС

Точечные объекты. Простейший тип пространственного объекта задают точечные данные, к которым относятся не только точки, но и все точечные условные знаки. Выбор объектов, представляемых в виде то­чек, зависит от масштаба карты или исследования. Например, на круп­номасштабной карте точками показываются отдельные строения, а на мелкомасштабной карте - города.

Особенность точечных объектов состоит в том, что они хранятся и в виде графических файлов, как другие пространственные объекты, и в виде таблиц, как атрибуты. Последнее обусловлено тем, что координаты каждой точки описывают как два дополнительных атрибута. В силу это­го информацию о наборе точек можно представить в виде развернутой таблицы или таблицы, содержащей помимо координат наборы атрибу­тов (идентификационные номера, тематические характеристики и т.д.). В таких таблицах каждая строка соответствует точке - в ней собрана вся информация о данной точке. Каждый столбец - это признак, содержащий типизированные данные: координаты или атрибуты. Каждая точка незави­сима от всех остальных точек, представленных отдельными строками.

Линейные объекты. Они широко применяются для описания се­тей, для которых в отличие от точечных объектов характерно присут­ствие топологических признаков.

Любая сеть состоит из узлов (вершин) - соединений, концов обо­собленных линий и звеньев (дуг) - цепей в модели базы данных.

Для каждого узла существует специальная характеристика, называ­емая валентностью, определяемая количеством звеньев в нем. Концы обособленных линий одновалентны. Для уличных сетей (пересечения типа "крест") наиболее характерны четырехвалентные узлы. В гидроло­гии чаще всего встречаются трехвалентные узлы.

В древовидной сети (Е-дерево) каждая пара узлов имеет лишь одно соединение, не допускаются петли и замкнутые контуры, большая часть речных сетей имеет древовидную структуру.

Линейные объекты, как и точечные, имеют свои атрибуты, причем разные для дуг (звеньев) и узлов. Атрибутами для дуг являются:

• направление движения, интенсивность движения, протяженность;
  
• количество полос, время пути вдоль звена;
  
• диаметр трубы, направление движения газа;
  
• напряжение в ЛЭП, высота опор;
  
• количество путей, уклон, ширина тоннеля, грузоподъемность и др. Атрибуты для узла:
  
• наличие перехода, названия пересекающихся улиц;
  
• наличие автоматического регулирования перекрестков;
  
• тип (ручной или автоматический) перевода стрелок;
  
• характеристики трансформаторов ЛЭП;
  
• мощность компрессора.
  

Некоторые атрибуты (например, названия пересекающихся улиц) служат для связи одного типа объектов с другими (узлы со звеньями), другие характеризуют только участки звеньев сети.

Во многих ГИС для включения дополнительных атрибутов в сеть необходимо разбиение существующих звеньев и создание новых узлов. Например, звено улицы, часть которой ремонтируется, разрывается на месте начального и конечного участка ремонта, его атрибуты присваиваются новому (двухвалентному) узлу. Другой пример: для отрезка до­роги, проходящей через мост, создаются новое звено и два новых узла. Такой подход может привести к появлению недопустимо большого чис­ла звеньев и двухвалентных узлов, поэтому он имеет ограничение, оп­ределяемое ресурсами конкретной ГИС.

Сети часто используют как системы линейной адресации. В этих случаях точки размещают в сети по данным о номере звена и о расстоя­нии от его начала. Это более удобно, чем использовать X, Y координаты точки из таблицы, поскольку такие данные непосредственно указывают положение точки в сети.

Данный подход определяет метод присвоения атрибутов отдельным участкам звеньев. При этом линейные объекты (здания, тоннели) хра­нятся в отдельных таблицах, а с сетью они увязаны путем указания номера звена и расстояния от его начала.

Для точечных объектов необходимо указать одно значение коорди­нат, для линейных - два (для начальной и конечной точек). Это позволя­ет при необходимости рассчитать X, Y координаты этих объектов и ис­ключает необходимость дробить звенья и вводить двухвалентные узлы.

Ареалы. В настоящее время в ГИС может быть представлено не­сколько типов ареалов: зоны в приложении к окружающей среде или природным ресурсам, социально-экономические зоны, данные об угодьях и др.

Для ареальных объектов границы могут определяться свойством или явлением, а также независимо от явления (затем перечисляются значе­ния атрибутов). Кроме того, границы могут устанавливаться искусст­венно, например для микрорайонов.

Взаимосвязи между координатными моделями

В общем случае пространственные данные могут иметь большое число разнообразных связей. Эти связи играют важную роль для про­странственного анализа данных. Например, связь типа "содержится в" позволяет соотносить объекты с их окружением, связь "пересекает" меж­ду двумя линиями важна для анализа маршрутов в сетях.

Взаимосвязи могут существовать между объектами одного типа или разных типов.

Исходя из критерия построения моделей можно выделить три ос­новных типа взаимосвязей между координатными объектами.

Первый тип - взаимосвязи для построения сложных объектов из простых элементов, например, взаимосвязи между дугой и упорядочен­ным набором определяющих ее вершин, взаимосвязи между полигоном и упорядоченным набором определяющих его линий. При этом исполь­зуют процедуры агрегации и обобщения (см. разд. 3).

Второй тип - взаимосвязи, которые можно вычислить по коорди­натам объектов. Например, координаты точки пересечения двух линий определяют взаимосвязь типа "скрещивается" и наличие четырехвален­тного узла. Табличные координаты отдельной точки и данные о грани­цах полигонов позволяют найти полигон, включающий данную точку. Этим определяется взаимосвязь типа "содержится в". Используя данные о границах полигонов, можно выяснить, перекрываются ли полигоны, и тем самым установить взаимосвязь типа "перекрывает". Другими словами, вто­рой тип связи содержится в атрибутивных данных в неявном виде.

Третий тип - "интеллектуальный". Эти взаимосвязи нельзя вы­числить по координатам, они должны получать специальное описание и семантику при вводе данных. Например, можно вычислить пересечение двух линий, но, если этими линиями являются автодороги, нельзя ска­зать, пересекаются они или в этом месте находится развязка автодорог. Следовательно, для решения дополнительных задач необходима инфор­мация о связях. Учет связей происходит при кодировании данных, т.е. в подсистемах семантического моделирования.