3. Подходы организации связи между данными
Для организации связи между географической и атрибутивной информацией используют четыре подхода взаимодействия:
Первый подход – геореляционный или, как его еще называют, гибридный. При таком подходе географические и атрибутивные данные организованы по-разному. Между двумя типами данных связь осуществляется посредством идентификатора объекта. Как видно из рис. 3., географическая информация хранится отдельно от атрибутивной в своей БД. Атрибутивная информация организована в таблицы под управлением реляционной СУБД.
Интегрированный подход - предусматривается использование средств реляционных СУБД для хранения как пространственной, так и атрибутивной информации. В этом случае ГИС выступает в качестве надстройки над СУБД.
Третий подход называют объектным. Плюсы этого подхода в легкости описания сложных структур данных и взаимоотношений между объектами. Объектный подход позволяет выстраивать иерархические цепочки объектов и решать многочисленные задачи моделирования.
В последнее время самое широкое распространение получил объектно-реляционный подход, являющийся синтезом первого и третьего подходов.
4. Формы представления объектов в ГИС:
В ГИС выделяют несколько форм представления объектов:
В виде нерегулярной сети точек;
В виде регулярной сети точек;
В виде изолиний.
Представление в виде нерегулярной сети точек – это произвольно расположенные точечные объекты, в качестве атрибутов имеющие какое-то значение в данной точке поля.
Рис. 3. Пример формы представления объектов
в виде нерегулярной сети точек
Представление в виде регулярной сети точек – это равномерно расположенные в пространстве точки достаточной густоты. Регулярную сеть точек можно получать интерполяцией из нерегулярных либо путем проведения измерений по регулярной сети.
Наиболее распространенной формой представления в картографии является представление изолиниями. Недостатком данного представления является то, что обычно нет никакой информации о поведении объектов, находящихся между изолиниями. Данный способ представления является не самым удобным для анализа. На рис. 5. приведен пример этой формы представления.
Рис. 4. Пример формы представления объектов в виде изолиний
5. Модели организации пространственных данных в ГИС.
Самой распространенной моделью организации данных является слоевая модель (называемая оверлеями, покрытиями или темами), рис. 5. Суть модели в том, что осуществляется деление объектов на тематические слои и объекты, принадлежащие одному слою. Получается так, что объекты отдельного слоя сохраняются в отдельный файл, имеют свою систему идентификаторов, к которой можно обращаться как к некоторому множеству. Как видно из рис., в отдельные слои вынесены индустриальные районы, торговые центры, автобусные маршруты, дороги, участки учета населения. Часто один тематический слой делится еще и по горизонтали – по аналогии с отдельными листами карт. Это делается для удобства администрирования БД и во избежание работы с большими файлами данных.
Рис. 5. Пример слоевой организации данных
В рамках слоевой модели существует две конкретных реализации: векторно-топологическая и векторно-нетопологическая модели.
Первая реализация – векторно-топологическая, рис. 6. В этой модели есть ограничения: в один лист одного тематического слоя можно поместить объекты не всех геометрических типов одновременно. К примеру, в системе ARC/INFO в одном покрытии можно поместить или только точечные или только линейные, или полигональные объекты, либо их комбинации, исключая случай “точечные полигональные” и три типа объектов сразу.
Рис. 6. Векторно-топологическая модель организации данных
Векторно-нетопологическая модель организации данных – это более гибкая модель, но часто в один слой помещаются только объекты одного геометрического типа. Число слоев при слоевой организации данных может быть весьма большим и зависит от конкретной реализации. При слоевой организации данных удобно манипулировать большими группами объектов, представленных слоями как единым целым. Например, можно включать и выключать слои для визуализации, определять операции, основанные на взаимодействии слоев.
Следует отметить, что слоевая модель организации данных абсолютно преобладает в растровой модели данных.
Наряду со слоевой моделью используют объектно-ориентированную модель. В этой модели используется иерархическая сетка (топографический классификатор), рис. 8.
Рис. 7. Пример топографического классификатора
В объектно-ориентированной модели акцент делается на положение объектов в какой-либо сложной иерархической схеме классификации и на взаимоотношения между объектами. Этот подход менее распространен, чем слоевая модель по причине трудности организации всей системы взаимосвязей между объектами.
Как говорилось выше, информация в ГИС хранится в географической и атрибутивной базах данных. Рассмотрим принципы организации информации на примере векторной модели представления пространственных данных.
Любой графический объект можно представить как семейство геометрических примитивов с определенными координатами вершин, которые могут исчисляться в любой системе координат. Геометрические примитивы в разных ГИС различаются, но базовыми являются точка, линия, дуга, полигон. Расположение точечного объекта, например, угольной шахты, можно описать парой координат (x, y). Такие объекты, как река, водопровод, железная дорога описываются набором координат (x1, y2; …; xn, yn), рис. 8. Площадные объекты типа речных бассейнов, сельхоз угодий или избирательных участков представляются в виде замкнутого набора координат (x1, y1; … xn, yn; x1, y1). Векторная модель наиболее пригодна для описания отдельных объектов и менее всего подходит для отражения непрерывно изменяющихся параметров.
Рис. 8.Пример использования векторной модели для описания геообъектов
Кроме координатной информации об объектах в географической БД может храниться информация о внешнем оформлении этих объектов. Это может быть толщина, цвет и тип линий, тип и цвет штриховки полигонального объекта, толщина, цвет и тип его границ. Каждому геометрическому примитиву сопоставляется атрибутивная информация, описывающая его количественные и качественные характеристики. Она хранится в полях табличных баз данных, которые предназначены для хранения информации разных типов: текстовая, числовая, графическая, видео, аудио. Семейство геометрических примитивов и его атрибутов (описаний) образует простой объект.
Взаимосвязь между изображением объекта и его атрибутивной информацией возможна посредством уникальных идентификаторов. Они в явной или неявной форме существуют в любой ГИС.
Во многих ГИС пространственная информация представляется в виде отдельных прозрачных слоев с изображениями географических объектов. Размещение объектов на слоях зависит в каждом отдельном случае от особенностей конкретной ГИС, а также особенностей решаемых задач. В большинстве ГИС информацию на отдельном слое составляют данные из одной таблицы БД. Бывает, что слои образуются из объектов, составленных из однородных геометрических примитивов. Это могут быть слои с точечными, линейными или площадными географическими объектами. Иногда слои создаются по определенным тематическим свойствам объектов, например, слои железнодорожных линий, слои водоемов, слои природных ископаемых. Практически любая ГИС позволяет пользователю управлять слоями. Основные управляющие функции – это видимость/невидимость слоя, редактируемость, доступность. Кроме всего, пользователь может увеличивать информативность цифровой карты путем вывода на экран значений атрибутов пространственных. Многие ГИС используют растровые изображения в качестве фундаментального слоя для векторных слоев, что также повышает наглядность изображения.
Лекция № 4. Технологии создания и использования карт средствами ГИС
ГИС-технология создания карт средствами карт
Форматы графических файлов.
Понятия о базах данных.
1. ГИС-технология создания карт средствами карт
Построение карты средствами ГИС может быть реализовано тремя путями:
Создание новой карты на основе информации, которая вводится оператором,
Создание новой карты на основе существующей векторной карты путем ее модификации или обновления,
Создание новой карты на основе трассировки растровых изображений, которые могут представлять собой сканированные снимки или карты.
Создание новой карты на основе информации вводимой оператором с клавиатуры наименее производительно и на практике не применяется. Технологически этот процесс совпадает с процессом редактирования карт и будет рассмотрен в разделе, посвященному графическому редактированию.
В наиболее общем виде ГИС-технология создания карт следующая:
1. Подготовка исходных материалов и ввод данных заключается, в подготовке исходной цифровой основы будущей карты посредством цифрования картографических материалов и осуществляется:
а) с накопителей электронных тахеометров;
б) приемников GPS;
в) систем обработки изображений;
г) дигитализацией (цифрованием) материалов обследований, авторских или составительских оригиналов, а также имеющихся планово-картографических материалов;
д) сканированием исходных материалов и трансформированием полученного растрового изображения;
В MapInfo растровые изображения используются только для просмотра; вносить изменения в само изображение нельзя. К нему нельзя "привязать" никаких данных, в отличие от векторных карт. Обычно они используются как подложки для векторных карт, т.к. степень детализации растрового изображения гораздо выше, чем у векторных карт. Система читает такие растровые форматы, как TIFF, JPEC и др.
Поскольку MapInfo не общается непосредственно со сканерами, а читает уже подготовленные другими программами файлы изображений, необходимо сформировать растровое изображение при помощи планшетного сканера и имеющегося программного обеспечения. Для этого необходимо поместить картографический источник на стекло сканера и запустить процесс сканирования. Полученное растровое изображение необходимо сохранить со своим уникальным именем.
Полученное растровое изображение необходимо зарегистрировать с целью дальнейшей векторизации растра в выбранной картографической проекции и системе координат.
Перед сканированием необходимо по возможности устранить физические дефекты карты: разгладить складки, аккуратно подклеить (если на карте имеются разрывы). Необходимо помнить что, чем меньше дефектов на карте, тем точнее можно произвести привязку и векторизацию.
Для удовлетворительного качества изображения следует установить разрешение не менее 300 точек на дюйм. Для получения качественного изображения и для получения растровых изображений аэро- и космических снимков следует сканировать с разрешением 600-800 dpi. Для хранения растра рекомендуется использовать форматы GIF и Jpeg (с минимальной компрессией), для векторизации их следует перевести в форматы TIFF или BMP т.к. они гораздо быстрее обрабатываются компьютером. Если вы сканировали в 24 - или 32 - битном режиме (цветном) и сохранили как TIFF, то можно в 3 раза уменьшить объем растра (превратив его в 8 – битное) сохранив в формате GIF, а потом перевести обратно в TIFF.
2. формирование и редактирование слоев создаваемой карты и таблиц к ним, а также формирование базы данных;
Формирование слоев включает в себя векторизацию карты. Под векторизацией понимается перевод растрового формата графических данных в векторный. В Mapinfo векторизация происходит в ручном режиме. Вам предстоит поверх растровых объектов нанести аналогичные векторные. Векторизация линий производится ломаной линией (полилинией), площадных объектов (озера, леса, болота т.е. таких у которых ширина выражается в масштабе) многоугольником (полигоном), символьных объектов (символами / simbol), текста – нанесением поверх растрового текста аналогичного по шрифту, размеру и т.д. – векторного.
3 . ввод табличных и текстовых данных с характеристиками объектов (атрибутов). Информация об объекте заносится в список (таблицу).
4. разработка знаковой системы (легенды карты); при создании тематической карты одним из шагов является создание легенды карты. ГИС позволяют выбрать цвет столбцов; расположение столбцов– горизонтальное и вертикальное; размеры – высоту (высота равна заданному максимальному значению, ширину, можно также установить ориентацию графика относительно центра объекта и др. параметры.
5. совмещение слоев, формирование картографического изображения тематической карты и его редактирование;
После векторизации объектов (т.е. создали графическую БД) и занесли атрибутивную информацию об объектах в Список (создали тематическую БД) можно приступить к созданию тематических карт с помощью модуля анализа. Алгоритм построения тематических карт в Mapinfo во многом схож с построением графиков в электронных таблицах Excel, т.е. выполняется пошагово.
В окне выбрать Тип карты и Вид. Нажмите Далее>). Создать Тематическую Карту – Шаг 2 из 3 в котором выбирается Таблица и Поля по которым будет создаваться карта.
6. Компоновка карты и формирование макета печати;
7. Вывод карты на печать. Для вывода на печать карт, таблиц и графиков используется Окно отчета, в котором вы можете указать размеры и положение страницы, масштаб карты, произвести компоновку карты, вставив легенду, графики и обрамив ее рамкой и т.п.
2. Понятия о базах данных. Графическая и атрибутивная базы данных.
Основным ядром каждой информационной системы (и ГИС в том числе), является база данных (БД). Под базой данных понимается поименованная совокупность данных, отображающая состояние объекта, его свойства и взаимоотношения с другими объектами, а также комплекс технических и программных средств для ведения этих баз данных.
В самом общем смысле база данных (БД) - это набор записей и файлов, организованных специальным образом. В базе данных любой ГИС можно хранить, например, фамилии и адреса друзей или клиентов (текстовая информация) и карту города с нанесенными домами (графическая информация), координаты, значения площадей, другие количественные характеристики (метрическая информация).
Базы данных делятся на иерархические, сетевые и реляционные.
1) Иерархические базы данных устанавливают строгую подчиненность между записями.
Для хранения данных, имеющих такую структуру, была разработана иерархическая модель данных, которую иллюстрирует рис. Входящие в состав 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 достаточно простых задач иерархическая система эффективна, но она практически непригодна для использования в сложных системах с оперативной обработкой запросов и распределенной архитектурой. Иерархическая организация трудно модифицируема и поэтому не может обеспечить быстродействие, необходимое для работы в условиях одновременного модифицирования файлов несколькими прикладными системами.
|
