Printsipi_GIS_A5_Shipulin

Рис. 2.3.5 - Карта дуг і полігонів

На карті

∙зліва відносно дуги 5 знаходиться полігон 5, а справа – полігон 4;

∙зліва відносно дуги 6 знаходиться полігон 2, а справа – полігон 5;

∙зліва відносно дуги 1 знаходиться полігон 1, а справа – полігон 5;

∙і так далі.

Зовні всіх полігонів знаходиться зовнішній полігон 1, названий полігоном Всесвіту. Він введений для одноманітного опису полігонів: кожна дуга повинна мати полігон зліва і полігон справа.

Топологічне відношення суміжності дозволяє ідентифікувати хто поруч. Наприклад: хто сусіди земельної ділянки? Ліс суміжний з озером?

Будь-які полігони, що спільно використовують загальну дугу, є суміжними. Оскільки дуга має напрям від вузла до вузла, можна підтримувати список полігонів з лівого і з правого боку.

У ГІС топологічне представлення суміжності реалізується списком "Полігон зліва-справа" і зв'язаним з ним списком "Координати дуг".

80

Таблиця 2.3.6 - Список			Таблиця 2.3.7 - Список
"Полігон зліва-справа"			"Координати дуг"
Дуга	Полігон	Полігон	Дуга	Координати вершин
	зліва	справа
1	1	5	1	X11,Y11, X12,Y12, X13,Y13
2	1	4	2	X13,Y13, X21,Y21, X22,Y22
3	1	3	3	X22,Y22, X31,Y31, X32, Y32
4	1	2	4	X33,Y33, X41,Y41, X11, Y11
5	5	4	5	X15,Y15, …,	X13,Y13
6	2	5	6	X15,Y15, …,	X11,Y11
7	2	4	7	X71,Y71, …,	X15,Y15
8	2	6	8	X81,Y81, …,	X88,Y88
9	4	3	9	X71,Y71, …,	X22,Y22
10	3	2	10	X71,Y71, …,	X32,Y32

Таким чином, топологічний опис суміжності реалізується двома списками в цифровій формі.

2.3.3.6 Топологічне представлення зв'язності

Топологічне представлення зв'язності розглянемо на прикладі карти дуг (рис. 2.3.6)

Кінцеві точки дуги називаються "вузлами". Кожна дуга має два вузли: початковий, названий "від вузла", і кінцевий, названий "до вузла". Дуги можуть з'єднуватися тільки у вузлах.

На рис. 2.3.6:

∙дуги 7,8,9,10 з'єднуються у вузлі 5;

∙дуги 5,6,7 з'єднуються у вузлі 2;

∙і т. д.

81

Рис. 2.3.6 - Карта дуг і вузлів

У ГІС топологічне представлення зв'язності реалізується списком "Дуга-вузол" і зв'язаним з ним списком координат дуг.

Таблиця 2.3.8 - Список			Таблиця 2.3.9 - Список
	"Дуга-вузол"			"Координати дуг"
Дуга	Від	До	Дуга	Координати вершин
	вузла	вузла
1	1	3	1	X11,Y11, X12,Y12, X13,Y13
2	3	4	2	X13,Y13, X21,Y21, X22,Y22
3	4	7	3	X22,Y22, X31,Y31, X32, Y32
4	7	1	4	X33,Y33, X41,Y41, X11, Y11
5	2	3	5	X15,Y15, …,	X13,Y13
6	2	1	6	X15,Y15, …,	X11,Y11
7	5	2	7	X71,Y71, …,	X15,Y15
8	8	8	8	X81,Y81, …,	X88,Y88
9	5	4	9	X71,Y71, …,	X22,Y22
10	5	7	10	X71,Y71, …,	X32,Y32
11	6	5	11	X61,Y61, …,	X71,Y71
			82

Таким чином, топологічний опис зв'язності в цифровій формі реалізується двома зв'язаними списками.

При дослідженні всіх дуг у списку "Дуга-вузол" програма визначає, які дуги з'єднуються (зв'язані) одна з одною.

Зв'язність ефективна для вирішення транспортних завдань. Наприклад, можна проїхати по дугах 6,7,10 через вузли 5,2, але не можна переїхати безпосередньо з дуги 6 на дугу 10, які не мають загального вузла.

2.3.3.7 Порівняння векторних моделей географічних об'єктів

Існує два основні типи векторних моделей географічних об'єктів: прості нетопологічні моделі (звану моделлю "spaghetti" через невпорядковані векторні об'єкти) і топологічні моделі.

Таблиця 2.3.10 - Порівняння векторних моделей географічних об'єктів

Прості нетопологічні моделі Топологічні моделі

(модель "spaghetti")

1	Можливі незамкнуті полігони	Однозначне представлення
		області
2	Можлива відсутність зв'язності	Дуги зв'язані через вузли
	ліній
3	Неефективне зберігання даних	Ефективне зберігання даних
4	Відсутня можливість аналізу	Можливість аналізу даних
	даних

Таким чином, топологічні моделі володіють істотними перевагами в порівнянні з моделями "spaghetti".

2.3.4 Формати векторних даних

Векторні графічні формати даних подані в табл. 2.3.11.

83

Таблиця 2.3.11 - Векторні графічні формати даних

Найменування	Опис
формату

DXF, DWG, Формати даних систем автоматизованого DGN проектування (САПР)

DX90 Формат цифрових навігаційних карт

DLG Формат даних геологічної зйомки США

DWF Формат передачі графічних даних по Інтернету

F1M Формат даних Роскартографії, призначений для обміну даними

GEN Змінний формат ГІС-пакета ARC/INFO

SHP Формат даних ГІС-пакета ArcView (шейп-файл), описується декількома файлами записів з розширеннями: .shp — позиційні дані; .shx — індекс форми просторових даних; .dbf — атрибутивні дані і ін.

TAB Формат ГІС-пакета MapInfo; описується файлами з розширеннями: .tab — текстовий опис структури даних таблиць; .dat — табличні дані;

.mар — графічні об'єкти; .ID — список покажчиків (індекс) на графічні об'єкти

MIF/MID Змінний формат ГІС-пакета MapInfo

HPGL Формат виводу на принтер або графічний пристрій

DMF Формат пакета Digitals

Серед векторних найбільше поширення в ГІС отримав формат DXF пакету AutoCad (Autodesk Inc.), який використовує для передачі графічної атрибутивної інформації формат DBF (dBase).

84

2.3.5 Резюме представлення географічних об'єктів векторними моделями

Узагальнена характеристика подання географічних об'єктів векторними моделями приведена в табл. 2.3.12.

Табл. 2.3.12 – Резюме представлення географічних об'єктів векторними

	моделями [29]
Фокус моделі	Векторні дані орієнтовані на моделювання дискретних
	просторових об'єктів з точним визначенням форм і
	меж.
Джерела даних	Компіляція матеріалів аерофотознімання,
	збір GPS визначень, оцифрування паперових карт,
	оцифрування по дисплею, векторизація растрових
	даних, обробка даних топографічних зйомок, імпорт з
	CAD креслень.
Зберігання	Точки зберігаються як координатні пари;
просторових	Лінії - як послідовність координатних пар;
даних	Області – як замкнута послідовність координатних
	пар.
Представлення	Точками представляють такі географічні об'єкти,
просторових	розмірами яких для конкретної мети можна нехтувати.
об'єктів	Лініями представляють такі географічні об'єкти, які є
	настільки вузькими, що мають довжину, але не мають
	ширини.
	Областями представляють такі географічні об'єкти, які
	мають місце розташування, форму і площу.
Топологічні	Топологія ліній спирається на принцип, за яким лінії
відношення	зв'язуються у вузлах. Топологія полігонів спирається
	на принцип, по якому полігони знаходяться зліва і
	праворуч від лінії.
Геопросторовий	Топологічний оверлей карт, генерування буферів і
аналіз	аналіз близькості, розчинення полігонів і оверлей,
	просторові і логічні запити,
	адресне геокодування, мережевий аналіз.
Картографічна	Векторні дані є кращими для викреслювання точної
продукція	форми і положення просторових об'єктів. Вони не
	зовсім придатні для безперервних явищ або
	просторових об'єктів з нечіткими кордонами.
	85

2.3.6 Контрольні питання і завдання для самостійної роботи

1)Які ключові поняття картографічного відображення використовують в ГІС?

2)У чому суть подання в ГІС географічних об'єктів простими векторними моделями?

3)Наведіть визначення базових понять "Граф", "Просторові відношення", "Топологія".

4)Як формується векторне топологічне подання області?

5)Як формується векторне топологічне подання суміжності?

6)Як формується векторне топологічне представлення зв'язності?

7)Порівняйте прості нетопологічні і топологічні векторні моделі географічних об'єктів.

8)Наведіть коротку характеристику векторних графічних форматів даних.

9)Наведіть узагальнену характеристику подання географічних об'єктів векторними моделями.

86

_____________________________________________________________

Розділ 2.4

РАСТРОВІ МОДЕЛІ ГЕОГРАФІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ

2.4.1 Концепція растрових моделей географічних об'єктів

2.4.1.1 Визначення растрових моделей

Земний простір безперервний. Для представлення земного простору використовуються моделі даних, які в будь-якому разі засновані на наборах дискретних об'єктів.

Увекторній моделі дискретизацію реального земного простору виконують за допомогою виділення дискретних географічних об'єктів і відображення їх окремими просторовими елементами – точками, лініями, областями.

Урастровій моделі дискретизація реального земного простору досягається шляхом розділення його безперервної послідовності на множину суміжних елементарних об'єктів – просторових чарунок. Чарунки є базовими елементами растрової моделі даних.

Чарунка – це найменша одиниця інформації растрової моделі. Під чарункам розуміється гомогенний об'єкт, тобто такий об'єкт, який має одну характеристику або одне значення. Тому растрова модель дає інформацію про те, що розташоване в даному місці. Для порівняння векторна модель дає інформацію про те, де розташований об'єкт. Для кожної растрової моделі використовуються чарунка одного вибраного розміру. У ГІС залежно від способу завдання чарунок розрізняють двох типів просторових чарунок:

піксел (Pixel - Picture Element) – чарунка, що є мінімальним неділимим далі елементом зображення;

чарунка (Сell) – чарунка заданого розміру у формі квадрата, прямокутника, трикутника, шестикутника або трапеції. Найбільш поширена форма чарунки - квадрат або прямокутник.

Для відображення безперервних послідовностей реального світу використовують растрові моделі даних.

Растр (Raster, Tessellation) в ГІС – модель географічного простору

увигляді регулярної матриці суміжних чарунок, локалізованих в реальному земному просторі.

87

Рис. 2.4.1 – Растр

Для зберігання растрових даних про географічний простір використовують різні формати даних. Одним з них є формат даних ESRI, названий грид (ESRI Grid). Растр, утворений пікселами, представляє зображення (Image).

2.4.1.2. Джерела растрових даних

Джерелами растрових даних є:

фотозображення (Image): аерофотознімки території; космічні знімки території; фотографії об'єктів;

креслення:

топографічні карти; плани; технічні креслення; схеми;

рисунки;

тексти: документи; таблиці.

Джерела растрових даних перетворюються у цифровий вигляд шляхом сканування.

88

2.4.1.3 Матриця чарунок

Будь-яка растрова модель в загальному випадку представляється регулярною матрицею чарунок.

Верхній лівий кут

←Ряд (Row)

							↓
							dy - висота чарунки
Нижній лівий кут							−
		−		→ dx←
	Колонка			- ширина чарунки

(Column)

Рис. 2.4.2 – Матриця чарунок

Матриця чарунок має ряди чарунок і колонки чарунок. Положення кожної чарунки позначається номером C колонки (Column) і номером R ряду (Row) від початку відліку. За початок відліку приймають або верхній лівий кут або нижній лівий кут матриці.

Кожна чарунка має ширину dx (розмір по осі Х), і висоту dy (розмір по осі Y). Чарунки одного растру мають однакові розміри.

2.4.1.4 Представлення дискретних географічних об'єктів

У растрових моделях для представлення дискретних географічних об'єктів використовують площадкові об'єкти – чарунки растру.

Географічні об'єкти відображують ступінчастим чином.

Точкові об'єкти представляються окремими чарунками (Рис. 2.4.3, А). Точковий 0-мірний об'єкт, що не має розміру, відображується двовимірною структурою, що має ширину і довжину.

Лінійні об'єкти представляють ланцюжком з'єднаних чарунок (Рис. 2.4.3, Б). Лінійні об'єкти, що є одновимірними, відображуються двовимірною структурою чарунок.

89