Особенности организации данных в ГИС
Основным назначением ГИС является формирование цифровых моделей изучаемых объектов, в частности, местности, а также проектирование электронных карт на базе исходной геоинформации. В ГИС используются разнообразные данные об объектах реального мира: характеристики земной поверхности, свойства геологических объектов, информация о формах и связях между объектами, описательные характеристики объектов предметной области. Чтобы полностью отобразить геообъекты и их свойства, потребовалась бы бесконечно большая база данных. Поэтому, при создании ГИС и работе с ними, множество разнородных входных данных упорядочивается и используется в виде моделей, сохраняющих основные свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств. В ГИС все многообразие входных данных, (информация о различных геообъектах, их характеристиках, о формах и связях между объектами) преобразуются в единую общую модель (набор иерархически упорядоченных моделей), хранимую в БД. Выделяют два уровня моделей: более высокий – модели объектов, которые в БД состоят из композиции более простых частей – моделей данных; более низкий – модели данных, которые обычно тоже имеют сложную многоуровневую структуру, в которой на нижнем уровне находятся элементарные (атомарные) модели данных.
Организация БД в ГИС сводится к организации моделей объектов, что определяет необходимость предварительного анализа свойств элементарных моделей данных, составляющих более сложные модели в БД и выбора базовых моделей с учетом конкретной предметной области. Предметная область. Подмножество (часть реального мира), на котором определяется набор данных и методов манипулирования ими для решения конкретных задач. Информационные единицы – это элементы, из которых создаются информационные модели. Основу информационных моделей составляют следующие единицы 1. Знак. Знак – это элементарная единица информации, являющаяся реализацией свойств объекта в заранее заданной, структурно организованной знаковой системе. Примеры знаков: - знаковая система – целые десятичные числа. Знаками в ней будут «1», «3», «77» и др., но не «3.14»; - в знаковой системе двоичных чисел – «1», «11», «101», «10,11»; - в системе русского алфавита – «ы», «в», «А». Тип – это совокупность моделей или объектов, объединенных общим набором признаков, или класс подобных знаков. Для первого из вышеприведенных примеров: тип – «целый»; для второго: тип – «двоичный», для третьего: тип – «кириллица». Для выделения типов применяют процедуры типизации. Типизация – объединение данных по набору заданных признаков или выделение из множества данных тех, которые удовлетворяют заданным критериям (признакам). Знак рассматривают как реализацию типа, тип – как обобщение совокупности знаков. Следовательно, знак представляет индивидуальные свойства модели, а тип – ее общие свойства. 3. Сущность. Сущность – это элемент модели, описывающий законченный объект или понятие (например, сущность – «человек»).
Данные, представляемые в ГИС, рассматривают с учетом трех аспектов: - пространственного; - временного; - тематического
Пространственный аспект связан с определением местоположения объекта на поверхности; временной аспект связан с изменением характеристик объекта в течение времени; тематический аспект связан с выделением одних (важных) признаков описания объекта и исключением других (не важных для решения данного круга задач). В большинстве моделей для описания пространственных характеристик, определения местоположения используют координаты, поэтому такие данные называются координатными. Для определения временных и тематических характеристик используют атрибутивные данные. Еще есть метаданные – данные о данных: каталоги, справочники, реестры, инвентории, базы метаданных (metadata base) и иные формы описания (метасопровождения) наборов цифровых и аналоговых данных, содержащие сведения об их составе, содержании, статусе (актуальности и обновляемости), происхождении (способах и условиях получения), местонахождении, качестве (полноте, непротиворечивости, достоверности), форматах и формах представления, условиях доступа, приобретения и использования, авторских, имущественных и смежных с ними правах на данные и об их иных датометрических характеристиках. Сверх того, пространственные метаданные (spatial metadata, geospatial metadata) могут атрибутироваться дополнительными обязательными или факультативными характеристиками, включая способы цифрования картографических источников, системы координат, пространственную точность представления, разрешение и уровень генерализации, масштаб, картографические проекции, легенды карт и иные специфические особенности представления, обработки и воспроизведения пространственных данных. Базы М., в том числе в составе картографических баз данных и ГИС, могут служитьсредством инвентаризации информационных ресурсов, в том числе региональных и национальных, входить составной частью в существующие информационные системы и базы данных, составляя одну из целей их администрирования, использоваться при поиске и оценке источников пространственных данных
Пространственно-определенные данные, или класс координатных данных ГИС – это геометрическая информация, содержащаяся на карте, определяется как совокупность точек, линий, контуров и площадей, имеющих метрические значения, отражающих трёхмерную реальность. Класс координатных данных ГИС, в свою очередь, определяют класс координатных моделей. Или класс координатных моделей в ГИС содержат основные типы координатных данных (или основные типы пространственных объектов ГИС)
точки (узлы, вершины), линии незамкнутые (реки, границы), области или контуры, например, водоёмы, интрузивные массивы, полигоны (ареалы) – группы примыкающих друг к другу замкнутых участков.
Точечные объекты – это такие объекты, каждый из которых расположен в одной точке пространства. Они являются дискретными, поскольку каждый объект занимает в любой момент времени только определенную точку пространства и у них отсутствуют пространственная протяженность, длина и ширина, но каждый точечный объект обозначен координатами своего местоположения. К точечным объектам относятся не только собственно точки, но и условные точечные знаки. Например, знаком «Нефтяная вышка» может быть обозначено месторождение. Выбор объектов, обозначаемых точками, зависит от масштаба карты. На крупномасштабных картах точками обозначаются отдельные строения, а на мелкомасштабных – города и даже страны.
Линейные объекты – это одномерные объекты в координатном пространстве. Такими объектами являются реки, границы, разломы и т.д., т.е. они узкие и имеют существенную длину. Масштаб, при котором наблюдаются линейные объекты, обуславливает порог, позволяющий считать их не имеющими ширины, аналогично тому, как точечные объекты не имеют ни длины, ни ширины. Пространственный размер линейных объектов оценивается простым определением их длины. Для прямой линии достаточно задать начальные и конечные точки, а для сложных линий требуется задание нескольких точек с их координатами. Линейные объекты используются для описания сетей (например, дорожная, транспортная, телефонная, гидрологическая сеть). Любая сеть состоит из узлов (вершин) и обособленных линий и дуг (звеньев). Для каждого узла у линейных объектов существует характеристика – валентность. Валентность узла – это количество смежных узлу дуг. Концы обособленных линий одновалентны. Для уличных сетей (пересечение улиц) валентность чаще всего равна четырем. В гидрографии чаще встречаются трехвалентные узлы (основное русло реки и приток).
Объекты, рассматриваемые с такого расстояния, при котором они имеют и длину, и ширину, называют областями или площадными объектами, контурами. Например, лесной или горный массивы. При определении местоположения области (контура) в пространстве её границей является линия, начинающаяся и заканчивающаяся в одной и той же точке. В одной ГИС может быть представлено несколько типов ареалов: например, экономические зоны, данные о сельскохозяйственных угодьях и др. Часто границы ареалов определить по карте или фотоснимку нельзя – их устанавливают искусственно, например, зоны на территории города, загрязненные выбросами предприятий, экономические зоны и др. Для характеристики области (площадного объекта) следует указать её атрибуты: форму, ориентацию по площади, величину площади, которую она занимает.
Добавление нового измерения, а именно высоты к площадному объекту, позволяет перейти к поверхности. Это – холмы, долины, скалы, рельеф местности и т.д. Поверхности состоят в общем случае из бесконечного числа точек по значениям высоты, но ввиду необходимости их дискретизации при вводе в ЭВМ, диапазон изменения высот разбивается на градации и поверхности становятся дискретно заданными.
В ГИС выделяются три основных типа взаимосвязей между координатными объектами: – взаимосвязи для построения сложных объектов из простых элементов, например, взаимосвязи между дугой и упорядоченным набором определяющих её вершин; – взаимосвязи, вычисляемые по координатам объектов, например, координаты точки пересечения двух линий определяют взаимосвязь типа «скрещивания». Табличные координаты отдельной точки и данные о границах полигонов позволяют найти полигон, включающий данную точку, что определяет взаимосвязь типа «содержится в». Наконец, используя данные о границах полигонов, выясняется перекрытие полигонов и тем самым устанавливается взаимосвязь типа «перекрывает». Этот тип взаимосвязи содержится в атрибутах в неявном виде; – «интеллектуальные» взаимосвязи, которые нельзя вычислить по координатам и которые получают специальное описание и семантику при вводе данных. Например, при пересечении двух автодорог трудно сказать о нахождении их развязки, что требует дополнительной информации о связях.
Картографические объекты, кроме метрической, обладают еще временной и описательной информацией (три аспекта данных ГИС). Характеристики (признаки) объектов, входящие в состав этой информации, называют атрибутами. Совокупность всевозможных характеристик объектов составляет класс атрибутивных моделей ГИС. Они описывают тематические и временные характеристики объектов. Таблица, хранящая описательную информацию, называется таблицей атрибутов. Каждая строка таблицы соответствует одному объекту; каждый столбец – тематическому признаку; ячейка, находящаяся на пересечении строки и столбца, отражает значение определенного признака выбранного объекта. Атрибуты подразделяют на пространственные и непространственные. Пространственные атрибуты – это, например, периметр и площадь площадного объекта, длина линейного объекта. Непространственные атрибуты могут быть различными – числовыми или текстовыми для описания объекта.
|
