Лекция №3. Организация данных в гис первым шагом к проекту гис является создание пространственной базы данных. Для переведения карты в цифровую форму, необходимо организовать структуры для хранения данных и их использования.
| Вид материала | Лекция |
- Лекция №4. Модели данных > Лекция №4. Модели данных Вопросы организации данных в гис,, 462.87kb.
- Программы для интерпретации гис интегрированнaя система обработки данных гис "прайм", 103.04kb.
- Задачи геоинформации выходят за рамки картографии, делая ее основой для интеграции, 743.35kb.
- Практическая работа № «Создание базы данных», 21.96kb.
- Гис-технологии в экологии, 1013.18kb.
- Лекция 1) гис как специализированная информационная система. Структура информационных, 78.1kb.
- Лекция Проектирование базы данных, 227.73kb.
- Курсовая работа по дисциплине «Базы данных» на тему: «Разработка базы данных для учета, 154.05kb.
- Лекция 2 10. Полнотекстовые базы данных, 133.46kb.
- Лекция №10. Инструментальные средства гис лекция №10. Инструментальные средства гис, 499.17kb.
3.Лекция №3. Организация данных в ГИС
Первым шагом к проекту ГИС является создание пространственной базы данных. Для переведения карты в цифровую форму, необходимо организовать структуры для хранения данных и их использования. В ГИС эти структуры специфичны и сильно отличаются от тех, которые приняты в CAD и Mapping-системах.
3.1.CAD-системы.
CAD – это системы для автоматизированного проектирования с использованием средств машинной графики. Это старая очень хорошо развитая область применения программного обеспечения, на которой специализируются известные фирмы Autodesk, Seli и др. Такого рода системы работают только с техническими чертежами. Это быстрое и более качественное выполнение чертежей.
CAD системы поддерживают большой список устройств ввода-вывода, позволяют работать со слоями, но неспособны обеспечить работу с картами, поскольку манипулируют только с графическими объектами: кругами, эллипсами, цилиндрами, кубами и т.п.
Карта, даже самая простая, содержит не только геометрические элементы. Кроме того, она имеет тематическую нагрузку, связанную с ее пространственными объектами. На картах присутствуют точные сетки, помогающие определить действительные координаты любые объекта.
Карты содержат тонкие детали – линии, толщиной до 0.1 мм. Требуется очень высокое разрешение сканера, чтобы распознать их.
В общем случае карты изображают непрерывное пространство, стыкуясь и частично перекрывая соседние территории. Задача согласования карт по границам, так называемая «склейка», является далеко не тривиальной задачей.
В связи с этим CAD- системы не могут использоваться при построении карт, для которого предназначены системы Mapping.
3.2.Mapping-системы
Mapping (картографические) системы – программные продукты, специально предназначенные для профессионального производства карт. Профессиональные Maping –системы, позволяют в конечном итоге получить продукт, качество которого не уступает типографскому, однако они практически лишены средств анализа. Mapping хорошо справляются с производством стандартных карт типа морских или топографических, где все элементы содержания известны заранее. В Mapping регламентируется все, вплоть до заливок, штриховок, видов и размеров шрифтов. Изображения на карту наносятся строго в соответствии с принятыми условными знаками. Такой подход позволяет быстро создавать стандартные карты с хорошим качеством, но так как Mapping лишены возможностей моделирования и анализа, они не могут справится, с тематическим картографированием, управленческими задачами, мониторингом.
Тематические карты трудно назвать стандартными. Производство каждой из них –творческий уникальный процесс, связанный с обработкой пространственных и тематических данных. Такими средствами анализа обладают только ГИС.
3.3.Отличия ГИС других
ГИС обладает развитыми средствами анализа данных, на основе результатов которого может быть построена новая карте, написан отчет, созданы базы географических данных.
ГИС по сравнению с Mapping системами обладает базами данных и средствами анализа. По сравнению с CAD ГИС обладает математическими моделями, при помощи которых можно создавать карты с новым содержанием.. Кроме того, карту недостаточно представлять только как чертеж с геометрическими примитивами, каждый объект в ГИС имеет тематическое описание и сами они логически связаны друг с другом.
Вся мощь ГИС лежит в объединении, хранении и управлении связями между объектами. Двумя основными типами информации для ГИС являются пространственные и тематические базы данных. Пространственная информация описывает расположение и очертания географических объектов. Тематическая информация содержит описания связей между объектами, их количественных и качественных характеристик.
3.4.Основные понятия картографии
Существует два основных типа картографической информации:
- Пространственная информация, описывающая положение и форму географических объектов и их пространственные связи с другими объектами
- Описательная информация об этих объектах – табличные (атрибутивные) данные
Данные встречающиеся на карте, представляют из себя связанные объекты, состоящие из геометрических примитивов и их атрибутов. К ним относятся прежде всего точки, линии и площади. Некоторые ГИС добавляют собственные примитивы, например, «спагетти», эллипсы, круги и т.д.
Атрибуты – это числовые или символьные характеристики, содержащиеся в базе данных, они могут относится как к самим примитивам, так и к объектам. Данные, хранящиеся в атрибутах, принадлежат к целым, вещественным или символьным типам, например, атрибуты для установления типа дороги можно задать следующим образом.
Задание значений атрибутов
| Атрибут | Значение |
| Тип дороги | 1 – автострада 2 – главная дорога 3 – вспомогательная дорога 4 – ремонтируемая дорога 5 – строящаяся дорога |
| Материал покрытия | 1 – бетон 2 – асфальт 3 – грунт |
| Ширина | Величина в метрах |
| Число полос | Количество полос |
| Имя | Название дороги |
Совокупность атрибутов и примитивов образует простой объект. Совокупность простых объектов образует сложный или составной объект. Иерархия объектов очень удобна, поскольку позволяет избежать дублирования информации и обеспечивает наследование: изменение объекта или атрибута порождают изменения во всех областях, частью которых он является.
Не все ГИС допускают обращение к сложному объекту, состоящему из нескольких примитивов или объектов, как к целому. Некоторые системы, например, ARC/INFO различают только точечные, линейные и площадные объекты, наследственность в них отсутствует.
Все объекты и примитивы должны иметь свой номер или идентификатор, при помощи которого можно привязать к графической информации тематическую. Использование идентификатора открывает широкие возможности для просмотра и анализа. Пользователь может указать на объект, например курсором, и система определит его идентификатор, по которому найдет относящиеся к объекту одну или несколько баз данных, и наоборот, по информации в базе можно определить графический объект.
Р
ис. 3.1 Организация информации в ГИС
Рис.3.2 Иерархия классов
| Номер | Тип | Периметр | Площадь | Состав | Год последней оценки | Техногенное воздействие |
| 12 | 1 | 500 | 2000 | Ель | 1990 | Сильное |
| 13 | 3 | 1478 | 4000 | Сосна | 1987 | Сильное |
| 15 | 1 | 769 | 2890 | Ель | 1990 | Слабое |
| 16 | 4 | 1420 | 3768 | Ель | 1992 | Среднее |
| 14 | 2 | 2000 | 4690 | Сосна | 1993 | Среднее |
Рис. 3.3. Связь графических и тематических баз данных
3.5.Понятие слоя
Одним из общепринятых принципов организации пространственной информации является послойный принцип. Суть его заключается в том, что многообразная информация о какой-то территории организуется в виде серии тематических слоев, отвечающих конкретным потребностям. Каждый слой может содержать информацию относящуюся к одной или нескольким темам. Например, для целей изучения природных ресурсов такими темами могут выступать данные по геологии коренных пород, почвам, типам землепользования, высотам рельефа, транспортной сети. Для задач планирования развития города такой набор может включать данные по улицам, городским инженерным сетям, объектам транспортной инфраструктуры, землевладения и недвижимость.
Такое подразделение на слои интуитивно понятно и привычно. И легко соотносится с общепринятыми принципами использования прозрачных калек-накладок при работе с бумажными картами. Послойная организация данных предполагает, что слои в пространстве не имеют разрывов, и что везде мы имеем какую-то информацию – хотя бы «отсутствие объекта» или «нет данных о наличии или отсутствии объекта». Однако слои не должны в точности соответствовать тематическому делению. Например, несколько различных слоев может быть посвящено одной и той же теме, - геологическому строению на разных уровнях срезов по глубине. Другой пример – отдельные слои для поэтажных планов каждого этажа зданий – тематика одна и та же, но во многих отношениях такое разделение очевидно удобно. Представления отдельными слоями могут относится к разным периодам во временной шкале.
Физически графические примитивы записываются как последовательность пар координат (рис.3.4-3.5). Точке соответствует пара координат – x,y. Окружность и кривые показываются ломанными линиями. Прямая задается двумя парами координат, а площадь записывается как серия пар, которая образует замкнутый контур, для чего его последняя точка должна иметь те же координаты, что и первая, иначе контур не будет замкнут. Совокупность точек, линий и площадей образует цифровое представление карты. Рис. 3.6.
Карта логически организована как набор слоев информации. Слой составляет объекты, объединенные одной темой., например, вся гидрография. В традиционной картографии этому примерно соответствуют цветные слои карты, могут существовать слои дорог, построек и т.п. В некоторых ГИС в слое могут содержаться объекты одного типа, а не одной темы: слои точек, слои линий, слои площадей. Иногда в слое могут быть объекты, разные и по типу и по теме, но чаще всего встречаются логическая разбивка на слои.
Рис. 3.4 представление точек, линий и площадей в цифровом формате
3.6.Хранение географических данных
Базы данных цифровой карты включают два типа информации: пространственную и описательную. Они хранятся компьютером в виде набора файлов, содержащих либо пространственную, либо описательную информацию об объектах карты. Преимущество ГИС состоит в связывании этих двух типов данных и поддержании пространственных связей между объектами карты.
Такое объединение данных открывает путь для многочисленных и разнообразных способов рассмотрения и анализа ваших данных. Можно получить доступ к информации в табличной базе данных через карту и создать карты на основе этой информации. В примере, приведенном выше, можно воспользоваться экранным курсором компьютера, чтобы указать на карте какой-либо лесной участок и вывести список относящейся к нему описательной информации. И наоборот, можно составить карту лесных участков, изображая их по-разному в зависимости срока рубки. Чтобы иметь доступ к этим данным и отображать их, компьютер должен хранить как графические, так и табличные данные в таком виде, чтобы их можно было легко извлекать.
3.6.1.Представление карт в компьютере
Объекты земной поверхности картируются на плоской двухмерной карте в виде точек, линий и участков (плоских фигур). Для сопоставления положения объектов на карте с местами земной поверхности используется декартова система координат (x,y).
Каждая точка описывается одной парой координат x,y. Линии (дуги) описываются упорядоченной последовательностью координат x,y. Фигуры описываются последовательностями координат x,y, определяющих отрезки линий, ограничивающих фигуру: это объясняет смысл термина «полигон», который буквально означает многосторонняя фигура. Пользуясь координатной системой, можно представлять точки, линии и полигоны в виде списка координат, а не рисунка или чертежа.
Все объекты земной поверхности, представляемые на карте, являются двухмерными, т.е. задаются парой координат x,y. Картографическая информация может поступать в различных системах координат. Актуальной проблемой является преобразование координат в некую единую систему. Обычно ГИС работает с распространенной проекцией Меркатора, Ламберта, прямоугольной и др. Список из 10-15 проекции имеет каждая система., однако на практике пользуются не более 1-2 проекциями.
Например, на рис. 3.5 пара координат 2,3 описывает положение точки, пары координат 2,6 3,6 5,7 9,10 13,12 15,12 описывают дугу, а пары координат 6,5 7,4 8,4 9,3 11,3 10,2 8,2 7,1 5,3 5,4 6,5 описывают полигон. Обратите внимание, что первая и последняя пары координат одинаковы; полигон всегда замкнут.
Рис.3.5 Представление точек, линий фигур.
В приведенном рис.3.5 положение здания представлено одной парой координат; дорога становится линией, представленной последовательностью соединенных пар координат, а озеро представлено последовательностью координат, определяющих замкнутый полигон.
| X | Y |
| 2,244674 | 200,000 |
| 2,247874 | 200,000 |
| 2,248362 | 203,118 |
| 2,252932 | 206,176 |
| 2,254683 | 209,897 |
| 2,261102 | 209,897 |
Обычно мы имеем дело с координатами в страничных единицах, например, сантиметрах, дюймах и т.д. Однако, на картах обычно представлены реальные координаты, спроектированные на плоскость. Эти координаты представляют реальные места на земной поверхности в одной из нескольких систем координат. В примере выше реальные координаты были спроектированы в универсальную поперечную Меркатора систему (или UTM). Единица измерения метр. Другим пример системы координат является коническая равноугольная Ламберта и коническая равновеликая Альберта с координатами x,y, измеряемыми в футах и метрах. Представление координат в градусах – широты и долготы – это общепринятая географическая система координат. Однако она не является картографической проекцией, так как в ней измеряются углы от центра Земли (в градусах, минутах и секундах), а не расстояние на земной поверхности.
3.6.2.Представление многих объектов
Понятно как могут хранится координаты одного объекта. Если же имеется множество объектов, то каждому можно присвоить порядковый номер или идентификатор. Тогда координаты каждого объекта могут быть записаны вместе с порядковым номером; например
Р
ис.3.6
3.6.3.Что такое топология
До сих пор мы изучали, как объекты карты могут быть представлены точками, линиями и полигонами. Дополнительную информацию, касающуюся пространственных связей между объектами, интерпретируем мысленно. Например, по карте городских улиц можно найти маршрут от аэропорта до гостиницы. Можно распознать два смежных земляных участка и улицу, на которой они расположены.
На цифровых картах такие связи описываются с помощью топологии. Топология – это математическая дисциплина, занимающаяся определением пространственных связей. Применительно к картам, топология определяет связи между объектами, устанавливает соседство полигонов и представляет один объект, например, участок в виде набора других объектов (например, линий).
Создание и хранение топологических связей имеет ряд преимуществ. При использовании топологии данные хранятся более эффективно. Поэтому обработка данных ускоряется, и становится возможным обрабатывать наборы данных больших размеров. При наличии топологии возможно выполнять различные операции анализа, в частности, моделирования потоков посредством связывания линий в сеть, объединение смежных полигонов с одинаковыми характеристиками и наложения географических объектов.
Три основные топологические концепции ARC/INFO
- Дуги соединяются между собой в узлах (связность)
- Дуги, ограничивающие фигуру, определяют полигон (определение фигуры, площадки)
- Дуги имеют направление, а также левую и правую сторону. (непрерывность).
3.6.4.Связность
Топология дуг и узлов (линейно-узловая)
П
о определению, внутренние точки (пары x,y) дуги, называемые вершинами (vertices), задают форму дуги. Конечные точки дуги называются узлами (nodes). Каждая дуга имеет два узла: начальный узел (from-node) и конечный узел (to-node). На приведенной выше иллюстрации дуги 3,4,5 и 6 связаны между собой узлом 3. Теперь компьютеру известно, что, продвигаясь по линии 5, можно повернуть на линию 3, потому что они имеют общий узел 3, однако повернуть непосредственно с линии 5 на линию 9 невозможно, так как линии 5 и 9 не имеют общих узлов.
3.6.5.Определение площадных объектов
Т
опология полигонов-дуг
Полигоны представляются последовательностями координат x,y, которые соединяются, образуя границу площадного объекта. Некоторые системы хранят полигоны в этом формате. ARC/INFO, однако, хранит дуги, определяющие полигон, а не замкнутый набор пар координат x,y. Список дуг, образующих каждый полигон, также хранится и при необходимости используется для создания полигона. На приведенном выше примере дуги 4,6,7,10 и 8 составляет полигон 2 (0 перед цифровой 8 указывает, что эта дуга образует «остров» внутри полигона 2).
Хотя дуга может входить в списки дуг нескольких полигонов (например, дуга 6 входит в списки полигонов 2 и 5), все же каждая из них хранится только в одном месте. Такой способ хранения дуг уменьшает количество данных и исключает перекрывание границ соседних полигонов.
3.6.6.Непрерывность
Топология непрерывности левых правых соседей
Так как каждая дуга имеет направление (начальный и конечный узлы), ГИС (ARC/INFO) ведет список полигонов, находящихся слева и справа от дуги. Т.о., полигоны, имеющие общую дугу, являются смежными. На приведенной выше иллюстрации полигон 2 примыкает к линии 6 слева, а полигон 5 – справа. Т.о., полигоны 2 и 5 являются смежными. Заметим, что метка полигона 1 лежит вне изучаемой области. Этот полигон называется внешним или универсальным и представляет территорию, внешнюю для всех полигонов нашей карты.
3.7.Организация картографической информации
До сих пор мы видели, как географические данные хранятся в виде последовательности пар координат x,y, представляющих точки, линии и полигоны. Мы видели также как с помощью топологии явно определяются связи между объектами. Теперь рассмотрим, как организуется эта информация.
Картографические объекты логически организуются в наборы слоев или тем информации. Базовая карта может быть представлена слоями гидрографии, почв, скважин и административных границ. Кроме того, более мелкие территории, обычно соответствующие листам карты, часто могут комбинироваться в более крупные единицы или «исследуемые области».
3.7.1.П
окрытия ARC/INFO
К
аждый слой данных в ARC/INFO называется покрытием . Покрытие состоит из топологически связанных географических объектов и связанных с ними описательных данных, хранящихся в виде цифровой карты, например,
Дополнительные объекты покрытий включают положения меток (идентификационные точки) и реперы (регистрационные точки).
3.7.2.Точечные объекты и идентификационные точки.
В ARC/INFO точки выполняют две функции. Они могут представлять точечные объекты, например, нефтяные скважины. В этом случае они образуют точечное покрытие. Точки могут обозначать положения меток, которые служат для идентификации или подписывания полигонов в полигонном покрытии. Идентификационная точка осуществляет связь между полигоном и его атрибутами.
Реперы – это регистрационные точки, определяющие положение известных точек на земной поверхности, для которых известны их реальные координаты. В каждом покрытии используется общий набор репетрационных точек, так что различные слои сопоставимы друг с другом и соседними листами карты.
3.8.Понятие объектно-ориентированного подхода
Другой принцип организации пространственной информации называется бесслоевым, или объектно-ориентированным подходом. В нем отсутствует разбиение информации на тематические слои. Группировка объектов происходит более сложным образом, в соответствии с логическими взаимосвязями между ними, с построением иерархий, отвечающих их более общим и более частным свойствам. Такой подход, возможно, несколько ближе к структуре человеческого мышления и особенно эффективен тогда, когда требуется подчеркнуть индивидуальные логические взаимосвязи объектов, но менее эффективен, если необходимо вводить в рассмотрение также и непрерывно распределенные в пространстве признаки, такие как рельеф местности или данные о загрязнении почв тяжелыми металлами. Впрочем, непреодолимой и резкой границы между этими двумя принципами организации пространственной информации нет.
Для всех этих общих концепций организации пространственной информации существует и более детальный уровень представления, именуемый физическим уровнем представления. Например, если мы работаем с информацией о дорожной сети района, мы можем выразить ее в виде таблиц с номерами дорог по какому-то классификатору и массой числовых характеристик. Или мы можем представить эту же информацию в виде карты, где дороги отображены в виде линий, а те же связанные с ними числовые характеристики (ширина, число полос, тип покрытия) выражены в виде условных знаков (тип линии, цвет, толщина). Подразделение информации на физическом уровне может не полностью соответствовать ее подразделению на логическом уровне, например, физически сгруппированная в один слой информация может представлять несколько различных тематических слоев для пользователя.
3.9.Системы координат
Любая пространственная проблема – это прежде всего положение и характеристики и свойства. Человечество за тысячелетия выработало несколько вариантов привязки или систем координат. Они могут быть частными, используемыми разово в одном единственном случае («расстояние в шагах и направление по отношению к солнцу от места посадки вертолета») или использоваться во многих случаях как стандартные (общеземная сетка параллелей и меридианов). Системы координат могут быть полярными, основанными на направлении на конкретную точку и расстояние до нее. (такие системы называются также азимутальными).
Другой общеупотребительный вариант – это прямоугольные системы координат, использующие также два числовых значения, представляющие собой два расстояния во взаимно перпендикулярных направлениях. Прямоугольные системы координат называют также картезианскими или Декартовыми.
Системы координат могут иметь в качестве начала отсчета какой-то реальный объект, например, железнодорожную станцию или использовать воображаемый объект, не существующий в действительности, как точка пересечения экватора и гринвичского меридиана.
Системы координат и точки начала отсчета в них могут иметь универсальный характер, и быть общепризнанными стандартами для многочисленных применений, или они могут быть местными, условными, не привязанными к какому-либо стандарту или вообще к какой-либо другой системе отсчета.
Сегодняшние ГИС всегда работают с прямоугольными системами координат, обычно построенной на плоскости. При этом обычно имеется возможность связаться с географическими (градусными) координатами (которые представляют собой вариант азимутальных).
Во-первых, разумеется, сознание человека, а соответственно, и он сам в своей обыденной деятельности не пользуется обязательно какой-то единой прямоугольной системой координат. Люди часто для описания положения какого-либо объекта или пути используют разные для каждого случая системы отсчета, например, по отношению к знакомому им объекту, например, их дому, центру города Или могут быть использованы азимутальные системы привязки. Например, коренные жители Гавайских островов использовали расстояние от/до центра острова в сочетании с положением напротив определенной точки периметра острова. В сущности, подобную систему отсчета и сейчас используют иногда моряки в прибрежном плавании ("На траверзе острова Кильдин, расстояние 1 миля.")
Во-вторых, характерные объекты ландшафта, природные или созданные человеком, и их имена собственные могут использоваться, иногда во множественном числе, для создания системы привязок. В частности, в старых городах Европы обычна ситуация, когда разные участки одной и той же, в сущности, улицы имеют разные наименования, производные от расположенных на этих участках известных исторических объектов Наоборот, в США в городах обычно меньше таких характерных ориентиров, и доминирует чисто цифровая и формальная система наименования улиц.
В-третьих, сами языковые конструкции, используемые для описания положения и направления, часто достаточно неопределенны по значению или могут использоваться в различных обстоятельствах в различных целях. Например, слово "Север" в различных обстоятельствах может обозначать и точный азимут на магнитный Север по компасу из данной точки, и обобщенное, примерное направление, и множество направлений на Север из всех точек какого-то объекта, и неопределенно большую область на Земном шаре или неопределенную область в пределах какой-то страны.
Обычно пространственные объекты и явления рассматриваются в какой-то из систем привязки или координат. Два эти понятия -система привязки и система координат не являются полными синонимами. Системой координат нам представляется разумней называть только системы числовых координат. Понятие система привязки является более общим термином, включающим в себя и понятие система координат. Два другие термина - позиция и местоположение, место, тоже не являются синонимами, хотя в обыденной жизни различие между ними часто игнорируется. Термин позиция лучше употреблять по отношению к положению существующего объекта, а место - по отношению к определенной точке в системе привязки, безразлично к тому, находится в ней какой-то объект, или не находится. Предположив на минуту, что объект реального мира имеет четкие и определенные границы, нам необходим какой-то метод доступа к носителю информации, чтобы зафиксировать его положение. Например, нам требуется пометить его на листе бумаги или произвести соответствующие действия в ГИС. Иначе говоря, необходима такая операция, как привязка объекта, которая может быть выполнена как абсолютная, то есть как фиксация его положения в некоторой универсальной и общепринятой системе координат, или как относительная, по отношению к какому-либо другому известному объекту. Дальше мы будем широко использовать термин локатор, или характеристика положения, для именования тех средств или характеристик объекта, которые мы используем для определения его положения.
Пространственная привязка, то есть фиксация положения в пространстве, может быть выполнена в различных формах. (Рис.5)
1. В виде конкретной системы числовых координат, как прямоугольной, так и азимутальной (полярной).
2. Указанием объектов-соседей, то есть линейных или площадных объектов, которые касаются искомого.
3. Заданием линейной привязки, то есть линии и расстояния, измеренного вдоль нее, как пикетаж по профилю нивелирования или километровые столбы вдоль дороги.
4. С помощью указания минимального описанного многоугольника, включающего искомый объект (то есть, фактически, указания минимальных и максимальных прямоугольных координат по осям Х и Y).
5. С помощью имени объекта или его числового кода-номера.
6. Указанием того участка в системе разбиения территории (или объема), который содержит искомый объект. При этом
разбиение может быть на участки правильной или неправильной формы, одинакового или разного размера. Например, указанием номенклатуры листа масштаба 1:25000, в пределах которого расположен объект. Или указанием страны, в пределах которой он расположен ("Город Грац расположен в Австрии").
Подробно все эти формы пространственной привязки мы рассмотрим позднее, а пока только отметим, что некоторые формы могут определять положение независимо от того, существует ли в данном месте объект (1, 6, 4 варианты), а некоторые подразумевают фактическое наличие объекта в данном месте (2, 5 варианты). Вариант 3 подразумевает наличие специального референсного (ссылочного) объекта - линии, но не обязательно самого искомого объекта. Кроме того, ясно, что некоторые системы привязки в состоянии определять положение объекта однозначно, а другие нет Например, это относится к использованию имен. Мало того, что может существовать несколько однотипных объектов с одним названием, иногда и объекты разных типов имеют одинаковые названия (Нью-Йорк - название и штата и города, Вашингтон - также название и штата и города, да еще и расположенных в разных концах США.
3.10. Измерения и пространственные взаимоотношения.
Приняв, что рассматриваемые объекты реального мира могут быть четко отграничены от их окружения (это не всегда так, но эти более сложные ситуации мы пока не рассматриваем), и их положение в пространстве может быть задано в той или иной системе привязки, выполнение различных задач с использованием информации об этих объектах может потребовать определения пространственных характеристик этих объектов и наличия средств измерения этих характеристик.
3.11.Представление в компьютере описательных данных.
Описательные атрибуты объектов карты хранятся компьютером подобно координатам. Атрибуты хранятся в виде набора чисел и символов. Например, атрибуты линий, представляющих дороги, могут включать:
Тип дороги - 1=скорости
2=магистральные и коллекторные дороги
3=главные дороги
4=жилые улицы
5= грунтовые дороги
Покрытие бетон
Асфальт
Гравий
Ширина измеряется в футах
Число полос количество полос
Имя наименование дороги
Описание каждого отрезка дороги (дуги) хранится в компьютере в виде строки значений фиксированного формата, например,
2 Асфальт 48 Гл. Северная ул.
Так может быть описана магистральная дорога (2), покрытая асфальтом, шириной 48 футов с четырьмя полосами движения и называемая Главная Северная улица. Имя или описание каждого атрибута также могут хранится, например,
| Тип дороги | Покрытие | Ширина | Число полос | Имя |
| 2 | Асфальт | 48 | 4 | Гл.Северная ул. |
Если объектов много, по одному набору атрибутов хранится для каждого объекта.
| Тип дороги | Покрытие | Ширина | Число полос | Имя |
| 2 | Асфальт | 48 | 4 | Гл.Северная ул. |
| 1 | Бетон | 60 | 4 | Шоссе 432 |
| 4 | Асфальт | 32 | 3 | Ул.Эм |
3.11.1.Таблицы атрибутов объектов
Часто описательная информация об объекте хранится в табличном файле, в котором строка (запись) таблицы хранит всю информацию об одном экземпляре объекта (в данном случае точке, дуге или полигоне), а колонка (поле) таблицы хранит определенный тип информации (т.е. атрибут) для всех объектов в базе данных. Эти файлы данных называются таблицами атрибутов объектов.
3.11.2.Связывание объектов и атрибутов
Преимущество ГИС заключается в связывании графических (пространственных) и табличных (описательных) данных. Существует три характеристики этой связи:
- Однозначная (один к одному) связь между объектами карты и записями в таблице атрибутов объектов.
- Связь между объектом и записью поддерживается с помощью уникального идентификатора, присваиваемого каждому объекту. Для полигонов идентификатор присваивается идентификационной точке.
- Уникальный идентификатор физически хранится в двух местах: в файлах, содержащих пары координат x,y, и в соответствующей записи в таблице атрибутов объектов.
ARC/INFO создает и поддерживает эту связь автоматически. Например, рассмотрим координаты и атрибуты следующего набора объектов:
-
Номер объекта
Пары х Y
1
3,5 5,5
2
5,5 8,5
3
8,5 11,5
4
6,9 5,8 5,7 5,6 5,5
5
5,5 4,4 4,1
6
8,5 8,7
Атрибуты объектов
| Номер объекта | Тип дороги | Покрытие | Ширина | Число полос | Имя |
| 1 | 2 | Асфальт | 48 | 4 | Гл.Северная ул. |
| 2 | 2 | Асфальт | 48 | 4 | Гл.Северная ул. |
| 3 | 2 | Асфальт | 48 | 4 | Гл.Северная ул. |
| 4 | 1 | Бетон | 60 | 4 | Шоссе 432 |
| 5 | 1 | Бетон | 60 | 4 | Шоссе 432 |
| 6 | 4 | Асфальт | 32 | 3 | Ул.Эм |
Отметим, что в записи координат и записи атрибутов есть общий элемент: номер объекта. Номер объекта связывает его атрибуты с координатами, поддерживая связь один к одному между записями координат и атрибутов. После того, как такая связь установлена, можно обращаться к карте для получения атрибутивной информации об объектах, или создавать карту, на основе атрибутов, хранящихся в таблице атрибутов объектов.
3.12.Обзор терминологии
Дуга - строка координат x,y, линейный объект
Атрибуты – табличные данные, связанные с географическими объектами
Покрытие – введенный в компьютер слой карты
Таблица атрибутов объектов – файл данных, хранящий описательные картографические данные
Географические объекты – точки, линии и полигоны, составляющие карту.
Колонки, элемент данных – определенный вид информации обо всех записях в файле данных
Положение метки, идентификационная точка – пара координат x,y, используемая для идентификации полигона.
Узел – пара координат x,y; конечная точка дуги.
Точка - пара координат x,y
Полигон – площадь, определяемая замкнутой последовательностью координат x,y
Запись вся информация об одном элементе файла данных.
Связывание – операции соотнесения строк двух таблиц
Топология – список явных связей между географическими объектами (связность, непрерывность и ограничение площадных объектов)
Вершина – пара координат x,y, точке на дуге между узлами, задающая форму дуги.
3.13.Резюме
| Понятия ГИС | Реализация в ARC/INFO |
| Типы картографической информации: Пространственная Описательная | Точечные, линейные, полигональные объекты Символьные или числовые атрибуты объектов |
| Хранение пространственных данных | Точки – пары координат x,y Дуги – последовательности пар координат x,y Полигоны – последовательность дуг, ограничивающих площадь |
| Топология | Связанность – списки дуг, сходящихся в каждом узле Определение площадей – списки дуг, определяющих полигон Непрерывность – левые/правые полигоны |
| Хранение описательных данных | Строки и столбцы в табличной базе данных |
| Связывание пространственных и описательных данных | Уникальный идентификатор, хранимый в двух местах: с пространственными данными и с описательными данными в табличной базе данных |
Упражнения
1. Оцифровка объектов карты
Для определения границ каждого полигона на диаграмме запишите координаты дуг.
2. Создание топологии
На карте дорог показаны семь пронумерованных узлов всех дуг. Узел может принадлежать одной или нескольким дугам, но по определению не может существовать вне дуги. Теперь составьте список дуг, по которым можно добираться от узла 6 до 1.
Путь от узла 6 к узлу 1
| Номер дуги | 5 | | | | |
| Направление | - | | | | |
+=от начального к конечному
-=от конечного к начальному
Следующая часть этого упражнения иллюстрирует определение площадных объектов и непрерывность на примере приведенной ниже карты полигонов. Используя первую таблицу, определите каждый полигон (номер в кружке) списком описывающих его дуг. Запишите номер каждой дуги. Затем, во второй таблице для каждой дуги укажите левый и правый полигоны. Стрелки на схеме указывают направления дуг.
| Полигон | Число дуг | Список дуг |
| 2 | | |
| 3 | | |
| 4 | | |
| Дуга | Левый полигон | Правый полигон |
| 1 | | |
| 2 | | |
| 3 | | |
| 4 | | |
| 5 | | |
| 6 | | |
3. Организация данных
Выделите отдельные слои на предлагаемой карте и укажите для каждого слоя тип объектов (точка, линия, полигон).
| Слой | Тип объекта |
| | |
| | |