17. Базы данных в гис. Требования к бд. Проектирование бд

Организованный набор взаимосвязанных файлов данных называется базой данных. БД – совокупность данных, организованных по определенным правилам, которые устанавливают общие принципы описания, хранения, манипулирования данными. База данных не зависит от прикладных программ и доступна пользователям по их запросам. Следующий уровень организации управления множественными файлами реализуется системой управления базами данных (СУБД). СУБД – это совокупность программных и языковых средств для создания, ведения и совместного использования базы данных многими пользователями. Начало СУБД для ПК положила фирма Ashton Tate (США), выпустившая в 1980 г. программу dBase.

Для осуществления этих функций используется СУБД, способная поддерживать манипуляцию данными различных типов (сетевого, реляционного, иерархического). СУБД включает пакет прикладных программ, расширяющих возможности операционной системы по обработке данных.

Географические данные принадлежат к разным типам. Совокупность цифровых данных о пространственных объектах образует множество пространственных данных и составляет содержание баз географических данных. На этапе проектирования ГИС необходимо знать:

• каковы форматы данных и ожидаемые их объемы

• каковы качество и достоверность данных

• какой объем данных нужно преобразовать в цифровую форму

• имеется ли возможность сбора, хранения и обновления географических данных и т.п.

Требования к БД. К созданию БД ГИС предъявляются определенные требования. База данных должна быть:

• позиционно точной, совместимой с другими данным, добавляемыми в нее;

• достоверной, правильно отображающей характер явлений посредством правильных атрибутов;

• полной и достаточно подробной;

• согласованной по времени, данные должны быть актуальными;

• легко обновляемой;

• доступной для пользователей.

Проектирование БД. В процессе проектирования выделяют три уровня: 1) концептуальный, 2) логический и 3) физический. Концептуальный уровень не зависит от имеющихся аппаратных и программных средств, он обычно связан с концептуальной моделью географических данных и включает, например: определение объектов исследования, способов их представления в БД, выбор разрешения, масштаба и внемасштабных знаков, создание одной или серии карт.

Логический уровень определяется имеющимися программными средствами и практически не зависит от технического обеспечения. Он подразумевает разработку логической структуры элементов базы в соответствии с СУБД. Наиболее распространены логические структуры иерархическая, сетевая, реляционная.

Физический уровень связан с аппаратными и программными средствами. На этом уровне определяются объемы хранимой в БД информации, рассматриваются вопросы о структурировании файлов на диске для обеспечения программного доступа к ним, представления данных в памяти компьютера (целые, действительные числа, байты или буквенно-цифровые характеристики).

18. Позиционная и атрибутивная составляющие данных в гис. Типы пространственных распределений. Шкалы измерений атрибутивных данных

Позиционная составляющая БД. Характеризует положение географических объектов в координатах двух- и трехмерного пространства – декартовых (x, y, z) или географических (широта и долгота).

Пространственные распределения

Каждый набор объектов имеет пространственное размещение (pattern – образец, модель). Особенности пространственного размещения определяются некими процессами, требующими объяснения. Можно выделить типы размещений географических объектов.

1. Регулярное и равномерное (regular and uniform) распределение – в природе практически не встречается. Среди искусственных объектов – расположение деревьев в саду, домов в некоторых районах нас.пунктов, автомобилей на стоянках…

2. Случайное (random) – расположение деревьев в лесу, мест падения метеоритов на территории Русской равнины, коренных месторождений золота, вузов со специальностью «геоинформатика», мест рождения выдающихся людей и т.п.

3. Сгруппированное (clustered distribution) – можно заметить, что некоторые объекты группируются согласно определенным закономерностям: города вблизи рек, курорты вблизи побережья, лавины на склонах определенных экспозиций, пункты торговли, дорожно-транспортные происшествия вблизи чего-то, случаи разбойных нападений в городах в определенных районах, моренные валы вблизи стационирования языка ледника…

Таким образом, распределение объектов характеризуется плотностью (density) или разреженностью (dispersed pattern) – дисперсией.

Отметим, что пространственной распределение – функция времени, т.е. меняется вследствие перемещения объектов. При той или иной временной реализации распределение объектов (и их число) могут различаться. Так, весьма изменчива граница городов, следовательно, пространственное размещения магазинов, автостоянок, случаев преступлений… В этом случае говорят о диффузии объекта на близ лежащие территории.

Пространственные распределения казалось бы независимых явлений могут быть взаимосвязанными, коррелироваться. Например, характер рельефа (выраженный в морфометрических показателях) связан с рядом климатических параметров (температура, влажность, солнечная радиация); труднее установить связь показателей континентальности и орографии, но она существует в неявном виде.

Одна из ключевых задач, возникающих при пространственном анализе (а это функция ГИС) – определение пространственной корреляции, установление пространственных связей (spatial associations). До сих пор в географии установление пространственных закономерностей и взаимосвязей было приоритетной задачей. Климат – растительность – почва; безработица, рождаемость – социально-экономические условия; урожайность – физико-географический фон – культура земледелия (удобрения, агротехнологии…). И т.п.

Частным случае пространственной корреляции является ее оценка в границах одного поля – т.е. установление размеров (радиуса) пространственной корреляции в однородных и анизотропных полях.

Непозиционная (непространственная) составляющая БД. Это качественная характеристика пространственных объектов (семантика и статистика). Эта информация называется атрибутивной и представляется в виде текста или чисел. Некоторая часть атрибутов может быть связана с пространственными данными (площадь, периметр). В качестве атрибута может выступать время, например, указание периода явления, даты.

Количественные атрибуты создаются в соответствии с номинальными, порядковыми, интервальными или пропорциональными шкалами измерений. Шкалы измерений определяют возможные математические операции с данными. Атрибуты должны быть измеряемыми, поэтому необходимо знать, как их измерить. Существует основа для измерения практически всех видов географических данных – в виде шкалы измерения данных (levels of data measurement). Шкала простирается от простого именования объектов до высокоточных измерений, позволяющих количественные сравнения.