Карта-модель пространственных явлений

Понятие Географической Информационной Системы. Подсистемы ГИС

Информационные системы, как правило, создаются с использованием специального программного обеспечения, называемого системами управления базами данных (СУБД),

ГеографическаяГеографическаяинформационная система (ГИС) - для это система для управления географической информацией, ее анализа и отображения.Географическая информация представляется в виде серий наборов географических данных, которые моделируют географическую среду посредством простых обобщенных структур данных.. ГИС включает наборы современных инструментальных средств для работы с географическими данными.

Определение ГИС через подсистемы. ГИС представляет собой набор подсистем, ее образующих. В соответствии с этим определением, ГИС имеют следующие подсистемы: 1. Подсистема сбора данных, которая собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников. Эта подсистема также в основном отвечает за преобразования различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС). 2. Подсистема хранения и выборки данных, организующая пространственные данные с целью их выборки, обновления и редактирования. 3. Подсистема анализа данных, которая выполняет различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их, устанавливает параметры и ограничения и выполняет моделирующие функции. 4. Подсистема вывода, которая отображает всю базу данных или часть ее в табличной, диаграммной или картографической форме

 

2. Современные компьютерные ГИС и традиционные бумажные карты: сходство и различие.

Карта	ГИС
Ввод: запись (компиляция) на бумаге-точки-линии-области.	Ввод: запись (кодирование) в память компьютера-точки-линии-области.
Источники-Аэрофотосъемка-Дистанционное зондирование -Геодезические работы-Словесные описания и зарисовки -Статистические данные и др.	Источники–то же, что и для карт, а также-Готовые цифровые карты -Цифровые модели местности и рельефа-Цифровые аэро и космоснимки-Данные лазерного сканирования-Цифровые базы данных -Данные, полученные через Internet

сравнение функций подсистемы хранения и выборки

Карта	ГИС
Точки, линии и области рисуются на бумаге с помощью символов.	Точки, линии и области хранятся как ячейки растра или координаты и идентификаторы в компьютере.Таблицы атрибутов связаны с геометрией. Выборка требует эффективных методов компьютерного поиска.
· Выборка-это просто чтение карты.	· Выборка требует эффективных методов компьютерного поиска.

· сравнение функций подсистемы анализа

Карта	ГИС
Требуетсялинейка, планиметр, транспортир и другие инструменты, используемые человеком –аналитиком.	Используютсявозможности компьютера для измерения, сравнения и описания информации в базе данных.
Возможностиограничены данными, сгруппированными и представленными на бумажной карте.	Обеспечиваетбыстрый доступ к исходным данным, позволяет группировать и переклассифици-роватьданные для дальнейшего анализа. Одни и те же данные могут быть использованы многократно

сравнение функций подсистемы вывода

Карта	ГИС
Только графическое представление.	Карта–лишь один из видов вывода.
Многие формы карт.	ГИСпредоставляет практически неограниченные возможности в создании карт.
Модификациимогут включать картограммы и др.	Включаеттакже таблицы, графики, диаграммы, изображения и др.Нетрадиционные формы вывода: интерактивный вывод, передача баз данных, видео и

Нетрадиционная формы вывода: публикация картографических данных в Internet. Пользователи ГИС вынуждены взаимодействовать друг с другом с целью получить недостающие части имеющихся у них ГИС-данных. В состав ГИС-сети входят три основных строительных блока: • Порталы каталогов метаданных, где пользователи могут провести поиск и найти ГИС-информацию в соответствии с их потребностями • ГИС-узлы, где пользователи публикуют наборы ГИС-информации • Пользователи ГИС, которые ведут поиск, выявляют, обращаются и используют опубликованные данные и сервисы

 

3. Пространственные элемент ы

Представляемые на карте элементы, как природного происхождения, так и являющиеся результатом человеческой деятельности, называются объектами. Пространственные объекты можно разделить на четыре типа: точки, линии, области и поверхности. В рамках ГИС объекты реального мира явно представляются первыми тремя типами объектов из указанных. Точечные объекты – это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства. Линейные объекты представляются как одномерные в нашем координатном пространстве: дороги, реки, объекты, которые существенно длинны и узки. Объекты, имеющие и длину и ширину, называются областями или площадными объектами. Еще одно распространенное название - полигоны. Два способа представления географического пространства: векторным либо растровым. Векторная модель Векторные пространственные объекты(географические объекты с векторной геометрией) достаточно универсальны. Они хорошо подходят для представления объектов с четко выраженными границами, таких как буровые скважин. основана на векторах (направленных отрезках прямых). Базовым примитивом является точка. Векторные линейные объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями или дугами. Для того, чтобы определить дугу нужно указать, по меньшей мере, 2 точки - начальную и конечную - для описания местоположения линейного объекта в пространстве. Если линия является кривой или ломаной, то необходимы дополнительные точки – формообразующие (вертексы). Площадные объекты определяются набором линий. Как и для линий, мы можем указывать их форму и ориентацию, а также величину площади, которую занимает данная область. Точки–это пары координат x,y. Линии –наборы координат, определяющих форму. Полигоны –наборы координат, определяющих границы замкнутых областей. Атрибуты векторных объектов хранятся в специальных таблицах и связываются с графическими элементами с помощью служебных идентификаторов. Растровая модель данных. Разбивает всю изучаемую территорию на элементы регулярной сетки или ячейки. В растровой модели реальный мир представлен в виде поверхности, равномерно поделенной на ячейки. Для того, чтобы определить местоположение растра в географическом пространстве, необходимо знать координаты x,yхотя бы одного угла растра. Растры используются для представления непрерывных слоёв: высот местности, уклонов. Представление пространственных элементов в растровой и векторной моделях данных. Растровый метод может использовать элементы любой подходящей геометрической формы при условии, что они могут быть соединены для образования сплошной поверхности, представляющей все пространство изучаемой области. Обычно используют квадраты, которые называются ячейками (grid cells). Растровые структуры данных не обеспечивают точной информации о местоположении, поскольку географическое пространство поделено на дискретные ячейки конечного размера. Вместо точных координат точек мы имеем отдельные ячейки растра, в которых эти точки находятся. Здесь мы наблюдаем изменения пространственной мерности, которая состоит в том, что мы изображаем объект, не имеющий измерений (точку), с помощью объекта (ячейки), имеющего длину и ширину. Линии, то есть одномерные объекты, изображаются как цепочки соединенных ячеек. Опять же, здесь имеет место изменение пространственной мерности от одномерных объектов к двухмерным структурам. Каждая точка линии представляется ячейкой растра, и каждая точка линии должна находиться где-то внутри одной из ячеек растра. Легко увидеть, что эта структура данных изображает линии ступенчатым образом. Этот ступенчатый вид также обнаруживается при изображении областей с помощью ячеек растра. Местоположение точки на растре нельзя указать точнее, чем местоположение ячейки, в которую попадает эта точка. Чем больше размер ячейки, тем большую площадь земли она покрывает, то есть, тем ниже (грубее) разрешение (resolution) растра, тем меньше точность положений точек, линий и областей, представленных данной структурой. Снижение пространственной точности положения объектов – главный недостаток растровой структуры данных. Бороться с ним можно, увеличивая разрешение растра.

 

4. Шкалы измерений атрибутов.

Используя геометрические примитивы, мы можем показать местоположение объекта и его форму. Но этого недостаточно. Чтобы совокупности геометрических объектов получили полезность карты, каждый из них должен обладать определенными описательными характеристиками, интересными для пользователя. описательные характеристики называются атрибутами. Но перед тем как присвоить атрибуты объектам, мы должны знать, как их измерять. Иначе, мы не сможем сравнивать объекты в одном месте с объектами в другом месте.уже существует устоявшаяся основа для измерения практически всех видов данных, в том числе и географических. Эти так называемые шкалы измерения данных простираются от простого именования объектов, для того, чтобы мы могли называть их, до высокоточных измерений, позволяющих нам непосредственно сравнивать качества различных объектов. Используемая шкала измерений будет определяться отчасти тем, что мы классифицируем, отчасти тем, что мы хотим знать, и отчасти нашими возможностями производить измерения при заданном масштабе наблюдения. На первом уровне находится номинальная шкала, из названия которой следует, что объекты различаются по именам. Эта система позволяет нам делать высказывания о том, как называется объект, но не позволяет делать прямого сравнения одного объекта и другого, за исключением определения тождества. Например, мы можем сказать, что этот кусок горной породы – известняк, а этот – глина. Хотя такое утверждение, несомненно, различает эти объекты, мы не можем их сравнивать, поскольку они различны по природе. То есть, мы не можем утверждать, что известняк лучше или хуже, чем глина или песчаник, так же как мы не можем делать подобных утверждений относительно яблок и апельсинов. Если мы хотим провести более тонкое сравнение объектов, нам следует выбрать более высокую шкалу измерений, например, порядковую. Порядковые шкалы позволяют сравнивать объекты на качественном уровне (больше-меньше, светлее -темнее, лучше – хуже) с произвольным числом градаций. Типичным примером порядковой шкалы является шкала Мооса для определения твердости минералов. Мы используем порядковую шкалу, когда описываем цвет образцов минералов и горных пород: зеленоватый, светло-зеленый, зеленый, темно-зеленый и т.д. Очевидно, что порядковые данные могут дать нам некоторое представление о последовательном сравнении пространственных объектов, но эти сравнения ограничены частным применением. Например, шкалу зеленого цвета мы может применить к яблокам, чтобы оценить степень их зрелости. Но если мы желаем купить автомобиль, то, скорее всего, будем использовать совсем другие шкалы, характеризующие качество автомобиля. Возьмем другой пример: отметку, которую вы получите за курс геоинформатики, нельзя сравнить с отметкой, полученной за физкультуру. Здесь действуют два принципиально различных набора критериев. Еще одним ограничением порядковых шкал является то, что, используя их, мы не можем сравнивать объекты количественно: если один объект больше другого, то порядковая шкала не может дать ответ насколько или во сколько раз один объект больше другого. Например, один студент получает на экзамене «2», а другой – «4». Это вовсе не означает, что первый студент знает в два раза меньше второго: скорее всего, его знания - нулевые. Если мы хотим быть более точными в наших измерениях, нам нужно воспользоваться интервальной шкалой измерения или шкалой отношений, в которых измеряемым величинам приписываются численные значения. Как и в случае порядковой шкалы, здесь мы тоже можем сравнивать объекты, но здесь эти сравнения могут делаться с более точной оценкой различий. Хорошим примером пространственных данных, измеряемых в интервальной шкале, является температура почвы (в °С) на некоторой исследуемой площади с существенно различными типами почв. Мы можем обнаружить, что температура очень темной, богатой перегноем почвы, значительно выше температуры более светлой почвы с низким содержанием органического материала. В частности, мы можем сказать, что в одно время температурная разница между разными видами почв составляет 4° С, более темная почва имеет температуру 29° С, в то время как более светлая — только 25С. Теперь мы имеем легко измеримую, точно градуированную разницу между почвами в двух выбранных местах. Но остается одно ограничение при выполнении сравнений в интервальной шкале. Возьмем еще два, предельно различных вида почв, один - практически белый, а другой - почти черный. При измерении их температуры в одно время мы можем получить числа 10° С и 20°С. Как и раньше, мы можем получить численную разность между этими величинами 10 С. Но можем ли мы при этом сказать, что темная почва вдвое теплее светлой? На первый взгляд так. Но нам следует вспомнить, что начало шкалы Цельсия выбрано произвольно. А для того, чтобы вычислить отношение двух величин, нужно иметь шкалу, на которой 0 представляет действительное начало температур. В данном примере нам следует перевести все величины в шкалу Кельвина (К=273+°С). И когда мы преобразуем наши величины в соответственно 283 К и 293 К, увидим, что темная почва вовсе не вдвое теплее светлой. В результате перехода от шкалы Цельсия к шкале Кельвина мы оказались на последней и наиболее "количественной" шкале измерений — шкале отношений. Преобразовав температуры в абсолютную шкалу, мы смогли получить осмысленное отношение величин, поскольку мы действовали теперь на шкале отношений.

 

Карта-модель пространственных явлений.

Карта является моделью пространственных явлений, абстракцией. Она не является миниатюрной версией реальности, предназначенной показать все детали изучаемой области. В контексте ГИС, в дополнение к геометрии элементов и их атрибутам, другими техническими характеристиками, определяющими карты и их использование, являются масштаб, разрешение, точность, проекция. Масштаб (scale) - термин, часто используемый для обозначения степени уменьшения на картах. Наиболее легко он может быть выражен как отношение длины некоторого отрезка на карте к длине того же отрезка на земле. Другим распространенным представлением является численный масштаб, когда расстояние на карте и расстояние на земле даются в одних единицах измерения, как дробь, устраняя тем самым необходимость упоминать единицы измерения. Линейный масштаб: здесь действительные расстояния на земле показываются прямо на карте. На карте могут быть показаны и реальные площади, но это встречается гораздо реже. При увеличении масштаба отображения карты, детальность и качество карты не улучшается. Опыт свидетельствует, что следует избегать изменения масштаба набора данных более чем в 2.5 раза по сравнению с масштабом исходных данных. Это относится не только к увеличению, но и к уменьшению масштаба. Разрешение карты определяется минимальными размерами объектов, которые могут быть отображены на карте данного масштаба. Масштаб влияет на разрешение. На картах большего масштаба положение и форма элементов более точно совпадает с элементами реального мира, поскольку меньше бывает коэффициент уменьшения при переходе от измерений на земле к измерениям на карте. По мере уменьшения масштаба разрешение карты уменьшается, поскольку элементы должны быть сглажены и упрощены или не показаны совсем. По мере уменьшения масштаба длинные узкие элементы, такие как реки и дороги, должны быть представлены линиями, а более мелкие площадные элементы — точками. Минимальные размеры и измерения иногда называют "минимальными картографическими единицами". При составлении карт минимальные картографические единицы могут быть обозначены в соответствии с рядом правил, которым необходимо следовать. Например, "длинные узкие элементы, такие как реки и дороги, должны быть представлены линиями, если их ширина меньше 1/8 дюйма. Если сторона полигона меньше 1/8 дюйма, он должен быть представлен точкой" и т.д. Точность карты определяет, насколько точно элементы карты могут быть изображены на карте. Точность карты определяется уровнем ошибок, возникающих в процессе создания карты. Любое число факторов может привести к ошибке. Отметьте, что эти источники могут иметь кумулятивный эффект. Экстент области карты - это площадь земной поверхности, представленной на карте. Это - предел покрываемой площади, обычно представленный прямоугольником, размер которого позволяет включить все картографируемые элементы. Размер изучаемой площади зависит от масштаба карты. Карта меньшего М покрывает большую площадь, чем более подробная карта большего М.

 

6. Картографические проекции. Семейства проекций Для представления земной поверхности используют разновидности картографических проекций. Некоторые картографические проекции сводят к минимуму искажения по одному параметру за счет увеличенияискаженияподругимпараметрам,втовремякакдругиепроекциипытаютсяминимизироватьвсеискажениявравнойстепени.Взависимостиоттого,какиепространственныехарактеристикиприпроектированииостаютсябезискажения,различаютравноугольные(конформные),равновеликие, равнопромежуточные (эквидистантные) проекции и проекции истинных направлений. Равноугольные проекции. Равноугольные проекции сохраняют без искажений малые локальные формы. Для сохранения отдельных углов, описывающих пространственные отношения, равноугольная проекция должна также представлять линии картографической сетки пересекающимися под углом 90° на карте. Это достигается в этой проекции с помощью сохранения всех углов. Недостаток заключается в том, что площадь, ограниченная рядом кривых, может быть в процессе преобразования значительно искажена. Ни одна из картографических проекций не может сохранять большие территории без искажения формы. Равновеликие проекции. Равновеликие проекции сохраняют площадь изображаемых объектов. Вследствие этого другие свойства: форма, углы, масштаб-искажаются.В равновеликих проекциях параллели и меридианы могут не пересекаться под правильными углами. Равнопромежуточные проекции. Карты с равнопромежуточными проекциями сохраняют расстояния между определенными точками. Правильный масштаб не сохраняется никакой проекцией на всей карте; однако, в большинстве случаев существует одна или более линий на карте, вдоль которых масштаб сохраняется постоянным. В большинстве равнопромежуточных проекций есть одна или несколько линий, длина которых на карте равна (в масштабе карты) длине соотносимой с нею линии на глобусе, независимо от того, является ли эта линия большой или малой окружностью, прямой или кривой линией. О таких расстояниях говорят, что они истинные. Например, в Синусоидальной проекции экватор и все параллели имеют свою истинную длину. Проекции истинного направления. Кратчайший путь между двумя точками на сферической поверхности, такой как поверхность Земли, лежит на большая окружности. Проекции истинного направления, или азимутальные проекции, используются для сохранения некоторых кривых, описывающих большие окружности, и придают правильные азимутальные направления всем точкам на карте относительно центра. Некоторые проекции этого типа являются также равноугольными, равновеликими или равнопромежуточными. Семейства проекций. используются геометрические фигуры, которые можно развернуть на плоскость без растяжения их поверхностей. Они называются развертывающимися поверхностями. Картографические проекции систематически проецируют местоположения с поверхности сфероида на условные местоположения на плоской поверхности, используя уравнения картографических проекций. Первым шагом при проецировании одной поверхности на другую является создание точек контакта. Каждая точка называется точкой касания. Азимутальная проекция проходит по касательной к глобусу только в одной точке. Конусы и цилиндры касаются глобуса вдоль линии. Независимо от того, является ли контакт касательным или секущим, его место очень значимо, поскольку определяет точку или линии нулевого искажения. Эту линию истинного масштаба часто называют стандартной линией. В общем случае, искажение проекции увеличивается с увеличением расстояния от точки контакта. Многие обычные картографические проекции можно классифицировать соответствии с используемой для них проекционной поверхностью: конические, цилиндрические или азимутальные (проекции на плоскость). Конические проекции. Самая простая коническая проекция проходит по касательной к глобусу вдоль линии широты. Эта линия наз-ся стандартной параллелью. Меридианы проецируются на коническую поверхность, сходясь на вершине или в точке конуса. Параллели проецируются на коническую поверхность как кольца. Конус затем “рассекается” вдоль любого меридиана для создания конечной конической проекции, в которой имеются прямые сходящиеся меридианы и параллели, представленные концентрическими окружностями. Меридиан, противолежащий линии сечения, становится центральным меридианом. чем дальше от стандартной параллели, тем больше искажение. Соответственно, отсечение верхушки конуса создает более точную проекцию. Этого можно достичь, если не использовать полярную область при проецировании объектов. Конические проекции используются для среднеширотных зон, имеющих ориентацию с востока на запад. Более сложные конические проекции соприкасаются с поверхностью глобуса в двух местах. Эти проекции называются секущими коническими проекциями и определяются двумя стандартными параллелями. Характер искажений при секущих проекциях различается для районов, расположенных между стандартными параллелями, и для районов, расположенных за их пределами. Как правило, секущая проекция дает меньшее суммарное искажение, чем касательная проекция. В еще более сложных конических проекциях ось конуса не совпадает с полярной осью глобуса. Такие проекции называются косыми. Цилиндрические проекции. цилиндрические проекции могут также быть касательными или секущими. Проекция Меркатора является одной из наиболее простых цилиндрических проекций, и экватор обычно является ее линией касания. Меридианы проецируются геометрически на цилиндрическую поверхность, а параллели проецируются математически. При этом создается координатная сетка с углами 90°°. Цилиндр “рассекается” вдоль любого меридиана для получения конечной цилиндрической проекции. Меридианы расположены через равные интервалы, в то время как интервал между параллельными линиями широты возрастает по направлению к полюсам. Эта проекция является равноугольной и показ истин направление вдоль прямых линий. Поперечные цилиндрические проекции, такие как Поперечная проекция Меркатора, используют меридианы как линии касательного контакта или линии, параллельные меридианам, как линии сечения. Стандартные линии располагаются в направлении север - юг, и вдоль них масштаб является истинным. Наклонные цилиндры вращают вокруг линии большой окружности, расположенной где-нибудь между экватором и меридианами. В этих более сложных проекциях большинство меридианов и линий широты больше не являются прямыми. Во всех цилиндрических проекциях линия касания или линии сечения не имеют искажений, и, таким образом, являются линиями равных расстояний. Проекции на плоскость (азимутальные проекции) Проекции на плоскость проецируют картографические данные на плоскую пов-ть, касающуюся глобуса. Проекция на пло-ть также известна как азимутальная или зенитная проекция. Этот вид проекции обычно идет по касательной к глобусу в одной точке, но может быть и секущим. Точкой контакта может быть Северный полюс, Южный полюс, точка на экваторе или любая точка между ними. Эта точка определяет используемую ориентировку и является фокусом проекции. Фокус определяется центральной долготой и центральной широтой. Ориентировка проекций может быть полярной (нормальной), экваториальной (поперечной) и косой. Полярные проекции представляют простейшую форму этого вида проекций. Параллели широты отходят от полюса как концентрические окружности, а меридианы представлены прямыми линиями, которые пересекаются на полюсе под своими истинными углами. При всех остальных ориентировках проекции на плоскость будут иметь углы координатной сетки 90° в своем центральном фокусе. Направления из фокуса являются точными. Большие окружности, проходящие через фокус, представлены прямыми линиями, кратчайшим расстоянием от центра до любой другой точки на карте является прямая линия. Поэтому азимутальные проекции лучше приспособлены для отображения округлых территорий, чем прямоугольных. Проекции на плоскость используются чаще всего для картографирования полярных регионов. В некоторых проекциях на плоскость данные о поверхности рассматриваются со специфической точки в пространстве. Эта точка обзора определяет, как сферические данные будут спроецированы на плоскую поверхность. Перспектива, в которой рассматриваются все местоположения, в различных азимутальных проекциях различная. В Гномонической проекции данные о поверхности рассматриваются от центра Земли, в то время как в Стереографической проекции они рассматриваются от одного полюса к Противоположному полюсу. В Ортографической проекции Земля рассматривается с бесконечно удаленной точки,как будто бы из далекого космоса

 

7. Масштабный коэффициент Упрощенно процесс проецирования можно представить 2 этапами: в начале преобразуем Земной шар в промежуточный сфероид в зависимости от выбранного масштаба, затем этот сфероид проецируется на плоскую поверхность. Численный масштаб первого преобразования называется главным масштабом: он равен отношению радиуса промежуточного сфероида к радиусу Земли. Теперь рассмотрим еще одно новое понятие - масштабный коэффициент. Масштабный коэффициент, называемый также относительным масштабом, определяется как отношение местного масштаба на карте к главному масштабу. По определению масштабный коэффициент на промежуточном сфероиде равен 1. Когда же мы переходим от его сферической поверхности к двумерной карте местный масштаб не будет равен главному, поскольку плоская и сферическая поверхности не совместимы. Следовательно, масштабный коэффициент в общем случае не равен 1 и будет различным в разных частях карты. Чем больше масштабный коэффициент отличен от 1, тем сильнее искажения на карте.

 

8. Виды искажений, возникающих при проецировании. Переход из одной проекции в другую. Когда мы имеем дело с электронными картами или используем в своей работе данные дистанционного зондирования, практически, всегда возникает необходимость их географической привязки. Хотя сам по себе этот процесс не сложен, в нем есть подводные камни, о которых нужно знать. Виной тому могут быть и объективные обстоятельства и ошибки пользователя. необходимо совершенно точно знать все параметры входной и выходной проекции. При этом следует помнить, что процесс проецирования и перепроецирования исходных данных представляет собой довольно громоздкий пересчет, в результате которого могут накопиться ошибки. Перевод карты или изображения из одной проекции в другую обычно выполняется в два или три шага. На первом шаге координаты исходной проекции пересчитываются в географические – широту и долготу. То есть, решается обратная задача проецирования. Если исходная и целевая проекции используют один и тот же референц-эллипсоид, то вторым шагом будет пересчет полученных географических координат в координаты целевой проекции, то есть, – обычное прямое проецирование. Очень просто: из одной проекции – на эллипсоид, и далее – в другую проекцию. Программное обеспечение фирм ESRI и ERDAS при отображении и анализе данных может выполнять прямое проецирование "на лету". Поэтому очевидно, что хранить данные чаще всего имеет смысл не в плоских координатах проекции (километровых), а в угловых географических. Тогда при смене проекции не будет выполняться первый шаг – обратное проецирование, – который неизбежно снижает точность данных из-за ограниченной точности представления чисел в компьютере и ошибок округления при вычислениях (часто главным фактором является представление обратной проекции с помощью полиномов из-за невозможности получения точной формулы). С другой стороны, проецирование "на лету" требует выполнения соответствующих вычислений, что, конечно же, снижает скорость отображения. И если совершенно точно известно, что проекция меняться не будет, то данные имеет смысл хранить проецированными. Если же есть возможность хранить и проецированные, и непроецированные данные, то лучше ею воспользоваться. Если исходная и целевая проекции используют разные референц-эллипсоиды или геодезические даты, то на втором шаге будет выполнен пересчет горизонтальных географических координат с одного эллипсоида на другой, а пересчет в целевую проекцию будет третьим шагом. Геоцентрическое преобразование. От эллипсоидальных координат легко можно перейти к трехмерной прямоугольной системе координат с началом отсчета в центре эллипсоида (геоцентрическая система координат), и тогда переход от одного эллипсоида к другому будет определяться связью геоцентрических систем координат этих двух эллипсоидов. В общем случае такая связь может быть выражена семью параметрами связи – сдвигами начала координат вдоль каждой оси (три линейных параметра), поворотами вокруг каждой оси (три угловых параметра) и одним масштабным коэффициентом. В целом, это преобразование осуществляется по формулам Хелмерта (Гельмерта). Поскольку повороты и масштабирование нужны не всегда, иногда используется более простое преобразование по трем параметрам. В некоторых случаях для преобразования эллипсоидов используются более сложные уравнения многомерной регрессии. При использовании различных эллипсоидов следует иметь в виду, что в настоящий момент точные и однозначные параметры связи имеются не для всех комбинаций эллипсоидов. Так, например, параметры связи СК-42 и ПЗ-90 известны точно. В то же время известно несколько вариантов параметров связи ПЗ-90 и WGS-84. Причем смещение объектов на поверхности Земли при использовании разных вариантов может достигать сотен метров, что для крупного масштаба недопустимо. До опубликования официальных значений параметров связи, решением этой проблемы может быть использование только одного, известного варианта. Приобретая данные из разных источников, необходимо получать вместе с ними также и параметры связи, использованные для перехода из СК-42 на WGS-84, если такое преобразование имело место. И именно эти параметры связи должны закладываться в программное обеспечение для получения корректных результатов.

 

9. Картографические системы координат.

Геоинформационные системы используют 2 вида систем координат. Общегеографические (геодезические) и системы координат проекций Географическая система координат (ГСК) использует трехмерную сферическую поверхность для определения местоположения объектов на поверхности Земли. ГСК часто неверно называют датумом, в то время как датум является лишь частью географической системы координат. ГСК включает угловые единицы измерения координат, нулевой меридиан и датум (основанный на сфероиде). Точка на сфероиде определяется значениями широты и долготы. Единицей измерения в общегеографических координатах является градус. Минуты и секунды обычно переводятся в десятичные доли градуса. Системы координат проекций определяют правила проецирования координат на плоскую двухмерную поверхность. Спроецированная система координат является производной от географической системы координат, которая основывается на сфере или сфероиде. Сфера и сфероид – абстрактные фигуры, предназначенные для представления формы Земли, как космического и геологического тела. Некоторые понятия теории фигуры Земли. В теории фигуры Земли используется понятие об уровенной поверхности, которая определяется как непрерывная поверхность во всех точках нормальная направлению отвесных линий (направлению силы тяжести). Очевидно, мысленно можно представить бесчисленное множество уровенных поверхностей, огибающих Землю. Поверхность Мирового океана, находящаяся состоянии покоя тоже является уровенной поверхностью. Она называется средней уровенной поверхностью, или поверхностью геоида. Поверхность геоида не является стабильной и, претерпевая непрерывные изменения во времени, может быть зафиксирована только для определенного момента. Изменения поверхности (колебания уровня Мирового океана и суши) обусловлено лунно-солнечным притяжением, вызывающие морские приливы, и различными геологическими и метеорологическими факторами, математическое описание которых затруднено, а зачастую и невозможно. Поэтому фиксация поверхности геоида может быть произведена только приближенно, на основании результатов длительного наблюдения уровня океана. В России в качестве начальной точки, лежащей на поверхности геоида, принят нуль Кронштадского футштока, фиксирующий средний уровень Балтийского моря. Использование геоида как характеристики фигуры Земли затруднено еще и тем, что для изучения поверхности геоида недостаточно знать гравитационное поле Земли, а необходимо привлекать данные о распределении по плотности масс Земной коры. Строение Земной коры изучено еще недостаточно полно, и это делает невозможным точное определение поверхности геоида и вынуждает решать эту задачу приближенно, прибегая к тем или иным гипотезам и предположениям. В настоящее время для исследования фигуры Земли, а также для решения геодезических задач используется так называемый квазигеоид. Преимущество квазигеода состоит в том, что его поверхность может быть изучена только на основании гравиметрических данных, без привлечения данных о структуре Земной коры. Поверхности геоида и квазигеоида совпадают на территории Мирового океана, на равнинах различаются не более чем на несколько см, в горных районах – различие достигает 2 м. Поверхности геоида и квазигеоида не являются математически правильными неизменными во времени и поэтому для обработки геодезических измерений нужно использовать стабильную и более простую поверхность сравнения. В картографии в качестве таковой используют поверхность эллипсоида вращения. Понятие об эллипсоиде вращения. Подобно тому, как сфера основана на круге, эллипсоид основан на эллипсе. В общем случае рассматривают трехосный эллипсоид. В зависимости от соотношения длин его осей возможно три случая: сфера (все три оси равны), эллипсоид вращения (две оси равны), трехосный эллипсоид (все оси - разные). Сфера используется только для мелко масштабных карт (мельче 1:1000000). При этих масштабах невозможно заметить на карте разницу между сферой и эллипсоидом. Однако для поддержки точности карт более крупного масштаба Землю следует рассматривать как эллипсоид.Трехосный эллипсоид используется практически только для представления небесных тел неправильной формы. Для представления земной поверхности в ГИС он не актуален, а используется только в особо точных геодезических измерениях. Для построения топографических карт в большинстве случаев выбирают эллипсоид вращения. Так же, как вращение круга вокруг оси, определяемой его диаметром, образует сферу, вращение эллипса вокруг его большой или малой оси образует эллипсоид. Эллипс задается двумя параметрами - длинами двух полуосей a и b (рис.2), или (более распространенный случай) длиной большой полуоси а и коэффициентом сжатия f = (a-b)/a. Значения сжатия находятся в диапазоне от 0 до 1. Сжатие 0 означает, что обе оси равны, т.е. мы имеем дело с кругом. Сжатие 1 означает фигуру только с одной осью, выглядящую как отрезок прямой, длина которого равна длине большой оси. В общем случае большие значения сжатия описывают узкие эллипсы, а малые значения сжатия описывают почти круглые эллипсы. Эллипсоид, который почти напоминает сферу, называется «сфероид». Эллипсоид, почти напоминающий форму Земли, образован вращением вокруг малой оси. Эллиптичность сферы равна 0, в то время как эллиптичность Земли составляет примерно 0.003353. Явление сжатия наблюдается на полюсах, расширение происходит на экваторе. Поэтому большая полуось описывает экваториальный радиус, а малая полуось представляет полярный радиус. Виды эллипсоидов. Размеры эллипсоида и его ориентировка в теле Земли должны быть такими, чтобы поверхности эллипсоид и квазигеоида были по возможности близки друг другу. Наилучшим образом этому удовлетворяет общеземной эллипсоид у которого: 1) центр совпадает с центром тяжести Земли, а плоскость экватора совпадает с плоскостью земного экватора, 2) сумма квадратов отклонений по высоте поверхности эллипсоида от поверхности квазигеоида-минимальная.Использование спутниковых технологий позволило обнаружить несколько эллиптических отклонений: например, южный полюс находится ближе к экватору, чем северный полюс. Например, новым стандартным эллипсоидом для Северной Америки является эллипсоид. Общеземной эллипсоид аппроксимирует поверхность Земли в целом. Задачи определения размеров общеземного эллипсоида и его ориентирования в теле Земли должны решаться совместно. Однако точное выполнение указанных выше условий невозможно без детальной изученности поверхности квазигеоида в целом. До создания спутниковых геодезических систем параметры эллипсоидов определялись в результате вычислительной обработки данных государственных и региональных геодезических сетей. При этом задача установления эллипсоида обычно разбивается на две части: первоначально, используя результаты геодезических и гравиметрических работ, определяют размеры эллипсоида, а затем ориентируют эллипсоид в Земле. Полученный таким способом эллипсоид называется референц-эллипсоид. Поскольку геодезические сети создавались на разных континентах, разными средствами и с разным уровнем точности, на настоящий момент имеется более двух десятков референц-эллипсоидов, каждый из которых оптимален лишь для определенной части Земли. Для территории России таким эллипсоидом является эллипсоид Красовского, рассчитанный в 1940 г Таким образом, эллипсоиды бывают 2 типов: общеземные, аппроксимирующие поверхность Земли в целом и референц-эллипсоиды, наиболее точно представляющие поверхность Земли на некоторой ограниченной территории, например, в пределах отдельной страны. Большие и малые полуоси сфероидов. В справочных расчетах сфероиды, определенные с помощью спутниковых технологий, начинают вытеснять сфероиды, определенные в результате наземных измерений. Фактом, который необходимо учитывать перед тем, как внести изменения в справочный сфероид, является воздействие такого изменения на все предварительно измеренные величины. Из-за сложности измерения сфероидов, те из них, которые были получены в результате наземных измерений, все еще используются и все еще представляют собой ценный справочный материал.Значения действительно варьируют, но лишь в небольших размерах по отношению к размерам Земли. Поскольку изменение системы координат сфероида приводит к изменению географических координат, многие организации не перешли на новые (и более точные) сфероиды.

 

10. UTM Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM). Наиболее широко распространенной в ГИС системой проекций и координат является Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM), в России аналогом этой системы является система проекция Гаусса-Крюгера. Это проекция является поперечно цилиндрической, зональной. UTM делит земную поверхность на 60 пронумерованных зон шириной по 6 градусов долготы, каждая из которых проходит от 80—го градуса южной широты, до 84-го градуса северной широты. Чтобы все координаты были положительными в UTM есть два начала координат – на экваторе (для северного полушария), другое- на 80 -й параллели ю.ш. (для южного полушария). Зоны пронумерованы, начиная от 180- градусного меридиана в восточном направлении. Зональная проекция подразумевает проведение проецирования не одновременно для всего сфероида, а отдельно для каждой зоны. Проецирование осуществляется столько раз, сколько существует зон. Для получения проекции какой-либо из 60-ти зон, цилиндр размещают относительно сфероида таким образом, чтобы поверхность цилиндра наиболее плотно прилегала к поверхности сфероида в пределах этой зоны. Центральный меридиан размещается в центре области интереса. Такой способ проецирования позволяет свести искажения, неизбежные при проецировании, к минимуму. Эта проекция наилучшим образом подходит для регионов, вытянутых в направлении север-юг. Система координат зоны UTM. Каждая зона UTM имеет свой центральный меридиан, относительно которого она охватывает 3 градуса к западу и 3 градуса к востоку. Меридианы и параллели представляют собой кривые линии, за исключением осевого (центрального меридиана) меридиана. Как было указано выше, каждая зона представляет особую координатную систему. Система координат прямоугольная. Начало координат каждой зоны находится в точке пересечения экватора с осевым меридианом зоны. Каждая зона имеет свое начало координат. Осевой меридиан и экватор принимают за координатные оси: осевой меридиан за ось абсцисс, а экватор за ось ординат. Единица измерения–метр. Для областей, находящихся в северном полушарии, ложный сдвиг северном направлении равен 0 м, в восточном направлении 500 000 м (координата X самой западной точки зоны составляет ≈165 км). Проекция UTM является конформной (равноугольной), искажения площадей, расстояний и направлений в пределах каждой зоны минимальны. Вдоль осевого меридиана искажения отсутствуют, следовательно, масштабный коэффициент вдоль осевого меридиана сохраняется и равен 1. При удалении от осевого меридиана искажения становятся отличными от 0 и достигают своего максимального значения равного 1.00158 на границе зоны. Изучаемая область. Часто возникает проблема, когда изучаемая область пересекает две или более зон, т.к. географические границы часто не соответствуют структуре зон. Если ваша изучаемая область занимает более одной зоны, вы имеете несколько возможностей для выбора

 

11. Проекция Гаусса-Крюгера, система координат 1942 г. Система геодезических координат (DATUM). Следующим этапом является задание системы геодезических координат на поверхности эллипсоида. В качестве координат используются криволинейные координаты, известные как широта и долгота. Хотя начало координат определяется как точка на пересечении экватора и Гринвичского меридиана, в действительности для задания отсчета координат используется косвенный метод, когда для некоторой точки на реальной поверхности Земли (так называемого начального пункта) фиксируются значения широты и долготы, производится совмещение нормали к поверхности референц-эллипсоида и отвесной линии в данной точке, а плоскость меридиана исходного пункта устанавливается параллельно оси вращения Земли. Эти исходные данные, называемые также геодезическими датами, жестко фиксируют систему геодезических координат относительно тела Земли. Для эллипсоида Красовского такая точка задана в Пулково, и этим задается основа Системы координат 1942 г. (СК-42). В то время как сфероид аппроксимирует форму Земли, датум определяет положение сфероида относительно центра Земли. Датум предоставляет систему отсчета для определения местоположения объектов на поверхности Земли. Он определяет начальную точку и направление линий широты и долготы. Если вы измените датум или географическую систему координат, значения координат ваших данных изменятся. Поскольку датум основан на эллипсоиде (общеземном или референц-эллипсоиде), то соответственно, различают геоцентрические и местные датумы. Геоцентрический датум использует центр масс Земли в качестве начальной точки. Наиболее поздним из разработанных и одним из широко используемых датумов является Геодезическая система мира 1984 года. Она служит основой для поддержки определения местоположения по всему миру. Местный датум центрирует сфероид таким образом, что он наилучшим образом описывает поверхность Земли для данной территории. Точка на поверхности сфероида поставлена в соответствие определенной точке на поверхности Земли. Эта точка известна как начальная точка датума. Координаты “начальной точки” зафиксированы, и все остальные точки являются расчетными по отношению к этой точке. Начало системы координат местного датума не расположено в центре Земли. Местными датумами являются системы координат Pulcovo_1942 и Европейский датум 1950 года (ED 1950

 

12. Основные структуры компьютерных файлов. Внешний индекс. Файлы-всего лишь простая система учета, позволяющая компьютеру отслеживать записи данных,которые вы в него вводите, и получать эти записи в любом угодном вам порядке. Неупорядоченные файлы. Простейшей структурой файла является неупорядоченный массив записей. Единственным преимуществом такой структуры файла является то, что для добавления новой записи нужно просто поместить ее в конец файла, позади всех других записей. Последовательно упорядоченные файлы. большинство картотек, как, например, телефонные справочники, упорядочены по алфавиту. Этот метод использует сравнение каждой новой записи с имеющимися для определения того, где ее место. Такие последовательно упорядоченные файлы могут использовать буквы алфавита или числа, которые тоже имеют определенную последовательность. Обычной стратегией поиска здесь является так называемый поиск делением пополам (или дихотомия). Поиск начинается разделением всего массива записей на две половины и выборкой записи в середине. Если она оказывается той, что нужна, то процедура поиска закончена. Если искомая запись находится прежде выбранной, то мы выполняем ту же операцию с первой половиной, если после — со второй и т.д. Т.о., программе не требуется просматривать большую часть файла. Однако скорость поиска не достается бесплатно, поскольку теперь каждая новая запись должна вставляться в соответствующее место последовательности, иначе ваш файл быстро превратится в неупорядоченный. Внешний индекс. Каждому объекту может быть приписано большое количество атрибутов, но мы физически не можем отсортировать записи в файле одновременно более чем одним способом. И если для того атрибута, по которому мы отсортировали массив записей, мы можем применить быстрый поиск делением пополам, то для всех других атрибутов нам придется выполнять утомительный последовательный поиск. Решение этой проблемы -внешний индекс. Строится он так: из исх файла в нов файл копируются значения одного атрибута для всех записей вместе с положениями этих записей. То есть каждая запись в новом файле состоит из значения атрибута и адреса записи в исходном файле, из к-ой это значение было взято. Затем нужно упорядочить записи нового файла в соответствии со значениями атрибута. Теперь, чтобы найти запись с заданным значением атрибута, мы можем в новом файле использовать поиск делением пополам. Найдя нужные записи в индексном файле, мы получим адреса записей исходного файла, по к-ым можем получить все атрибуты объектов. Таким образом, для поиска в основном файле используется дополнительный индексный файл, который называется внешним индексом, а сам исходный файл, таким образом, становиться индексированным. мы можем выносить в индексный файл несколько атрибутов, чтобы организовывать поиск сразу по значениям этих неск-х атрибутов. В этом случае используется составной индекс. Индексные файлы используются всеми видами баз данных, т.к. существенно ускоряют поиск нужной информации. Пользователь сам может создавать индексные файлы с простыми или составными индексами, ускоряя тем самым свою текущую работу. Индексированная структура данных. В качестве примера индексированного файла – указатель книги, который показывает, как найти информацию в большом файле с помощью ключевой характеристики.Книга - это индексированная структура данных, а предметный указатель книги - это аналоговый индексный файл.

 

13. Реляционная СУБД. Организованный набор взаимосвязанных файлов данных называется базой данных. Сложность работы с множественными файлами в базе данных требует более сложного и совершенного управления, которое реализуется системами управления базами данных (СУБД. Наиболее распространенными моделями БД и их СУБД являются иерархическая, сетевая, реляционная и объектно-ориентированная. Реляционные СУБД свободны от всех ограничений, присущих иерархическим и сетевым структурам. Эти модели имеют табличную структуру: строки таблицы (записи) соот-ют одной записи сведений об объекте,а столбцы таблицы(поля)-содержат однотипные характеристики всех объектов. Способы индексации данных сокращают время поиска и запроса к данным. Реляционные системы основаны на наборе математических принципов, называемых реляционной алгеброй или алгеброй отношений, устанавливающей правила проектирования и функционирования таких систем. Поскольку реляционная алгебра основывается на теории множеств, каждая таблица отношений функционирует как множество, и первое правило гласит, что таблица не может иметь строку, к-ая полностью совпадает с какой-либо другой строкой. Поскольку каждая из строк уникальна, одна или несколько колонок могут использоваться для определения критерия поиска. Реляционные системы ценны тем, что позволяют нам собирать данные в достаточно простые таблицы, при этом задачи организации данных также просты. Use механизм реляционных баз данных, вы можете быстро сочетать данные, хранящиеся в отдельных таблицах. Этот связующий механизм называется реляционным соединением. Вы можете скомбинировать две таблицы по общему полю. Общие поля дифференцируются терминами первичный ключ и внешний ключ. Перв. ключ-это ключевое поле в таблице дан-х. Внеш. ключ яв-ся общим полем в др. таблице. Соединение происходит по равенству значений записей первичного ключа одной таблицы с записями внешнего ключа 2 таблицы. Записи с один-ми значениями полей первичного и внешнего ключей называются совпадающими. Процесс может продол-ся присоединением все новых простых таблиц для проведения довольно сложного поиска, причем набор таблиц остается очень простым и легко поддерживаемым. Этот подход устраняет путаницу, присущую разработке баз данных с использованием сетевых систем. ArcGIS основана на реляционной СУБД. В зависимости от кардинальности отношений, возможны2способа сопоставления таблиц: соед-е таблиц и связывание таблиц. Соед-е таблиц.Объединяет атрибуты двух таблиц,Исходный файл остается существовать отдельно,Предполагает кардинальность один-к-одному или многие-к-одному. Связ-е. Отношения м/у двумя таблицами один-ко- многим,многие-ко-многим,Таблицы ост-ся независимыми, поля не добавляются к целевой таблице

 

14. Два основных метода представления географического пространства. Растровый и векторный-два принципиально разных, но совершенно равноправных способа представления географического пространства, одинаково важны при изучении географического пространства. Растровый набор данных состоит из ячеек. Каждая ячейка, или пиксель, - это квадрат, представляющий определенную часть территории. Все ячейки растра должны быть одного размера. Строки и столбцы. Ячейки организованы в виде строк и столбцов, составляя двумерную матрицу. Разрешение растра. чем больше размер ячейки, тем большую площадь земли она покрывает, т.е. тем ниже (грубее) разрешение растра, и тем меньше точность в отображении положения точек, линий и границ полигонов. Разрешение возрастает при уменьшении размера ячейки, однако обычно за счет увеличения занятого дискового пространства и снижения скорости обработки. Уменьшение ячеек определенной области в два раза требует увеличения дисковой памяти примерно в четыре раза, в зависимости от типа данных и используемой технологии их хранения. Представление пространственных элементов в рас и век моделях данных. Главный недостаток представления картографических данных в форме ячеек растра - это потеря точности информации о местоположении объектов. Вместо точных координат точек мы имеем отдельные ячейки растра, в которых эти точки находятся. Здесь мы наблюдаем изменение пространственной мерности, которая состоит в том, что мы изображаем объект, не имеющий измерений (точку), с помощью объекта (ячейки), имеющего и длину, и ширину. Чем меньше ячейка, тем меньше ее площадь, тем точнее она представляет точечный объект. Линии, то есть одномерные объекты, изображаются как цепочки соединенных ячеек. Опять же, здесь имеет место изменение пространственной мерности от одномерных объектов к двухмерным структурам. Каждая точка линии представляется ячейкой растра, и каждая точка линии должна находиться где-то внутри одной из ячеек растра. Легко увидеть, что эта структура данных изображает линии ступенчатым образом. Представление объектов в растровом наборе данных. Этот ступенчатый вид также обнаруживается при изображении областей с помощью ячеек растра. Чем больше разрешение ячеек, и чем больше ячеек представляют определенную площадь, тем точнее это представление. Значение ячейки. Каждой ячейке растра присваивается определенное значение, служащее для идентификации или описания класса, категории, группы, к которым относится ячейка, либо для задания количественной характеристики свойства, которое описывает данный растр. Значение может представлять такие характеристики, как тип или структура почв, класс. Значение может также представлять величину, расстояние или отношение в непрерывной поверхности данных. В растрах, представляющих изображения, значения могут указывать цвет или спектральную отражающую способность. В этом случае каждой ячейке приписывается не одно, а несколько значений (мультиканальный растр). Целочисленные значения удобны для представления значений дискретных данных, а значения с плавающей запятой- для представления непрерывных поверхностей. Зоны. Любые две или более ячейки с одинаковым значением принадлежат к одной зоне. Зона может состоять из соединенных ячеек, несоединенных ячеек, или из тех и других. Зоны, ячейки которых соединены, представляют отдельные объекты территории, например, здание, озеро, дорогу или линию электропередачи. Каждая ячейка растра принадлежит к определенной зоне. Одни растры состоят из нескольких зон, другие - из множества зон. Регионы. Каждая группа соединенных ячеек в зоне называется регионом. Зона, состоящая из одной группы соединенных ячеек, включает один регион. Зона может состоять из стольких регионов, сколько нужно для представления объекта; количество ячеек в одном регионе практически не ограничено. Значение ”Нет данных. Значение отсутствия данных, иначе называемое пустым значением, обрабатывается всеми операторами и функциями иначе, чем другиезначения. В большинстве случаев это значение передается в выходной растр, в других-ее значение формируется на основании значений соседних ячеек. Для некоторых видов данных, чаще всего непрерывных, значение ячейки представляет измерение в центре ячейки. Пример– астр высот. Для изображения непрерывной поверхности, значения высот на границах ячеек вычисляют путем интерполяции, на основании известных значений ячеек, отнесенных к центральной точке. В других случаях значение ячейки относится ко всей ее площади - поверхность отображается в виде «ступенек». Присвоение атрибутов растровому набору данных. Связанные таблицы. С целочисленными (категорийными) наборами растровых данных обычно связаны таблицы атрибутов. Первое поле такой таблицы - Значение, в нем хранятся значения, присвоенные каждой зоне растра. Второе поле, Счет (Count), содержит количество ячеек каждой зоны в растре. Оба эти поля - обязательные. В таблицу можно добавить практически неограниченное количество других полей, представляющих другие атрибуты растра. Обычно существует отношение “один-ко-многим” между значениями ячеек (кодами) и числом ячеек, которым присвоен этот код. Это значит, что может быть 400 ячеек со значением 4 (жилые дома отдельных семей) и 150 ячеек со значением 5 (коммерческое использование земли) в растровом наборе данных землепользования. Код будет записан много раз, по одному разу для каждой ячейки из этой категории (или меньше, в зависимости от технологии хранения данных), но атрибуты, связанные с этим кодом, будут написаны только один раз. Это позволяет экономить память и облегчает обновление данных. При работе с непрерывными данными обычно каждая ячейка имеет уникальное значение, и с ним не связаны дополнительные атрибуты, поэтому привязывать новые атрибуты не требуется. В том случае отношение “многие-к-одному” не возникает. Если же вы тем не менее желаете дать атрибуты растру с непрерывными данными, то этот растр предварительно необходимо переклассифицировать- создать новый растр, значения ячеек которого представляют некоторый диапазон непрерывных данных. Преимущества растров. 1. Несмотря на то, что все объекты представлены набором точек (пикселов), на растрах они хорошо распознаются. Вы всегда узнаете своего друга даже на очень плохой фотографии. 2. Растровая структура данных организована точно также как и данные дистанционного зондирования (ДДЗ), что обеспечивает легкий перенос и использование спутниковых изображений в ГИС. 3. Прямоугольная сетка данных легко привязывается к прямоугольной системе координат (системе координат проекций). 4. Многие функции, особенно связанные с операциями с поверхностями и наложением (overlay), легко выполняются на этом типе структур данных. Недостатки. Среди главных-проблема низкой пространственной точности, к-ая уменьшает достоверность измерения площадей и расстояний. Другой-необходимость большого объема памяти, обусловленная тем, что каждая ячейка растра хранится как отдельная числовая величина. Векторная модель данных: основные элементы. Второй метод представления географического пространства называется векторным. Векторная модель данных основана на векторах (направленных отрезках прямых). Базовым примитивом является точка, а основными базовыми элементами являются дуга и узел. Векторные линейные объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями или дугами. Для того, чтобы определить дугу нужно указать, по меньшей мере, 2 точки - начальную и конечную-для описания местоположения линейного объекта в пространстве. Если линия является кривой или ломаной, то необходимы дополнительные точки–формообразующие (вертексы). Чем сложнее линия, тем больше точек нам потребуется для указания точного ее расположения. Векторное представление графики. Векторный метод позволяет задавать точные пространственные координаты явным образом. Это достигается приписыванием точкам пары координат (Х и Y), линиям– вязной последовательности пар координат их вершин, областям-замкнутой последовательности соединенных линий, начальная и конечная точки которой совпадают. Атрибуты. Векторная структура данных показывает только геометрию картографических объектов. Чтобы придать ей полезность карты, геометрию необходимо связать с атрибутивной информацией. В растровой структуре значение атрибута записывается в каждую ячейку.В векторном представлении используется совсем другой подход: в явном виде хранятся графические примитивы без атрибутов,а атрибуты векторных объектов хранятся в специальных таблицах и связываются с графическими элементами с помощью служебных идентификаторов.

 

15. Нетопологические модели векторных данных Простейшей векторной структурой данных является спагетти-модель-модель [Dangermond, 1982], которая, по сути, переводит "один в один" графическое изображение бумажной карты. Возможно, она представляется большинством из нас как наиболее естественная или наиболее логичная, в основном потому, что карта реализуется как умозрительная модель. Хотя название звучит несколько странно, оно на самом деле весьма точно, по сути. Если представить себе каждый графический объект нашей бумажной карты кусочком (одним или несколькими) макарон, то вы получите достаточно точное изображение того, как эта модель работает. Каждый кусочек действует как один примитив: очень короткие - для точек, более длинные - для отрезков прямых, наборы отрезков, соединенных концами, - для границ областей. Каждый примитив-одна логическая запись в компьютере, записанная как строки переменной длины пар координат (X,Y). В этой модели соседние области должны иметь разные цепочки спагетти для общих сторон. То есть, не существует областей, для которых какая-либо цепочка спагетти была бы общей. Каждая сторона каждой области имеет свой уникальный набор линий и пар координат. Хотя, конечно, общие стороны областей, даже будучи записанными, отдельно в компьютере, должны иметь одинаковые наборы координат. Поскольку спагетти-модель выглядит как перевод "один к одному" аналоговой карты, пространственные отношения между объектами (топология), например, такие, как положение смежных областей, - подразумеваются, а не записываются в компьютер в явном виде. И все отношения между всеми объектами должны вычисляться независимо. Результатом отсутствия такого явного описания отношений между объектами является огромная дополнительная вычислительная нагрузка, которая затрудняет измерения и анализ. Но так как спагетти-модель очень сильно напоминает бумажную карту, она является эффективным методом картографического отображения и все еще часто используется в компьютеризованной картографии, где анализ не является главной целью. Кроме того, это представление оказывается весьма близким к языку управления многих плоттеров, что упрощает процесс вывода карт на печать. Отрисовка на плоттере данных спагетти-модели обычно довольно быстрая по сравнению с отрисовкой других моделей

 

16. Топологические модели векторных данных.

В отличие от спагетти-модели, топологические модели [Dangermond, 1982], как это следует из названия, содержат топологическую информацию в явном виде Топологическая информация описывается набором узлов и дуг. Узел (node)-больше, чем просто точка, обычно это пересечение двух или более дуг, и его номер используется для ссылки на любую дугу, которой он принадлежит. Каждая дуга (аrс) начинается и заканчивается либо в точке пересечения с другой дугой, либо в узле, не принадлежащем другим дугам. опология представляет математическую процедуру, которая определяет пространственные свойства и взаимосвязи, включающие: связность и длины дуг, направление дуг, смежность и площади полигонов. Пространственные взаимосвязи описываются пространственными свойствами. Линейно-узловая топология. Различают линейно-узловую топологию и полигонально-линейную топологию. Линейно-узловая топология (дуга-узел) выражает пространственные взаимосвязи между дугами и узлами: она определяет длину, направление, связность. Географический анализ опирается на эти свойства. Узлы. From-node – начальная точка дуги, to-node-конечная точка дуги. Они определяют, как цифровались ваши данные. Направление дуг важно, если вы моделируете направленные потоки (например, реки или движение транспорта). Информация о топологии хранится в специальных таблицах. Длина дуги измеряется от начального узла(from-node)до конечногоузла(to-node). Единицами измерения длины являются единицы измерения картографической проекции. Направление дуги определяется от начального узла (from node) к конечному узлу (to-node). Связность. Дуги соединяются узлом. По определению дуги с номерами 4,7,8 на слайде соединены, поскольку каждая из них имеет общий узел с номером 8. Таблица внизу показывает эти пространственные отношения. Полигональн