Объектом информационного моделирования в ГИС является пространственный объект

Объектом информационного моделирования в ГИС является пространственный объект. Это одно из ключевых понятий геоинформатики. Он может быть определен как цифровое представление (модель) объекта реальности (местности), содержащее его местоуказание и набор свойств (характеристик, атрибутов)

Некоторое множество цифровых данных о пространственных объектах образует пространственные данные. Они состоят из двух взаимосвязанных частей: • позиционной (тополого-геометрической), • непозиционной (атрибутивной) составляющих, которые образуют описание пространственного положения и тематического содержания данных.

Базовыми (элементарными) типами пространственных объектов (примитивами), которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются: • точка (точечный объект) — 0 -мерный объект, характеризуемый плановыми координатами; • линия (линейный объект, полилиния) — 1 -мерный объект, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами (линейными сегментами или дугами); • область (полигон, полигональный объект, контурный объект) — 2 -мерный (площадной) объект, внутренняя область, ограниченная замкнутой последовательностью линий (дуг в векторных топологических моделях (данных) или сегментов в модели «спагетти» ) и идентифицируемая внутренней точкой (меткой);

Базовыми (элементарными) типами пространственных объектов, которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются: • пиксел (пиксель, пэл) — 2 -мерный объект, элемент цифрового изображения, наименьшая из его составляющих, получаемая в результате дискретизации изображения (разбиения на далее неделимые элементы растра); элемент дискретизации координатной плоскости в растровой модели (данных) ГИС; • ячейка (регулярная ячейка) — 2 -мерный объект, элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети; • поверхность (рельеф) — 2 -мерный объект, определяемый не только плановыми координатами, но и аппликатой Z, которая входит в число атрибутов образующих ее объектов; оболочка тела; • тело — 3 -мерный (объемный) объект, описываемый тройкой (триплетом) координат, включая аппликату Z, и ограниченный поверхностями.

Базовые структуры данных в ГИС

Форматы представления позиционной составляющей Растровый формат данных Номера столбцов 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 Номера строк Растр (позиционная составляющая)

Форматы представления позиционной составляющей Векторный формат данных Населенные пункты Речная сеть Растительность 1: x 1, y 1 2: x 2, y 2 3: x 3, y 3. . . n: xn, yn 1: (x 1, y 1), (x 2, y 2), (x 3, y 3), (x 4, y 4), (x 5, y 5), (x 6, y 6) 2: (x 1, y 1), (x 2, y 2), (x 3, y 3), (x 4, y 4). . . n: (x 1, y 1), (x 2, y 2), (x 3, y 3). . . 1: (x 1, y 1), (x 2, y 2), (x 3, y 3), (x 4, y 4), (x 5, y 5), (x 6, y 6), (x 7, y 7), (x 8, y 8), (x 9, y 9), (x 10, y 10), (x 11, y 11), (x 12, y 12), (x 1, y 1). . . n: (x 1, y 1), (x 2, y 2), (x 3, y 3). . . (x 1, y 1)

Характеристики растровых моделей: Разрешение – минимальный линейный размер наименьшего участка пространства или поверхности, отображаемый одним пикселем. Значение – элемент информации, хранящийся в пикселе. В качестве типов значений могут использоваться разные классы значений: цифровые, буквенные и др. Например, 1 – класс незагрязненной среды; 2 – среда подвергнута антропогенному загрязнению; 3 – зона экотоксикологической опасности. Для отображения значения чаще всего используются заливка пикселя (цветом, плотностью или узором).

Растровый способ представления пространственных данных

Векторный способ представления пространственных данных

Сопоставление растровой и векторной моделей данных

Сопоставление растровой и векторной моделей данных Точность задания границ земельных участков в растровой модели невысока, т. к. соответствует размеру пикселя. Поэтому для повышения точности данных приходится существенно увеличивать количество пикселей Пример представления земельных участков в векторной и растровой модели данных

Преимущества Растровая модель • Растр не требует предварительного знакомства с явлениями • Данные собираются с равномерно расположенной сети точек, что позволяет на основе статистических методов обработки получать объективные характеристики исследуемых объектов • Простая структура данных • Эффективные оверлейные операции • Работа со сложными структурами • Работа со снимками Векторная модель • • • Экономичность Топология Много атрибутов Качественная графика Представление данных с переменным шагом • Легко проводятся изменение масштаба, повороты, растягивание и другие операции

Недостатки Растровая модель • Размер пикселов является фиксированным • Размеры пиксельного изображения можно увеличивать лишь кратно - в два, три и т. д. раза • Сложно рассчитать результирующий цвет пикселя, который получается при слиянии нескольких пикселей разных цветов • Проблемы разбиения сложного изображения на произвольные элементы для их раздельного использования и редактирования • Необходим большой объем памяти

Недостатки Векторная модель • Процессы векторизации алгоритмически сложнее процессов растеризации (сложность ввода) • Сложность описания непрерывно меняющихся величин

Ячейки характеризуются правильной геометрической формой (треугольник, четырехугольник, шестиугольник, сферическая или сфероидическая трапеция), абсолютными размерами в линейной или градусной мере и относительными размерами (равновеликие, неравновеликие) Эти размеры определяют пространственное разрешение образующей регулярной сети.

Регулярные мозаики Регулярная треугольная решетка Разделение сферы на равновеликие трапеции

Регулярные мозаики Регулярная сеть картографической БД GRID 0. 5 Австралийской национальной геоинформационной системы ARIS

TIN-модель Различные триангуляционные сети, построенные по одним и тем же точкам Критерий Делоне: а) критерий выполнен, б) критерий не выполнен

Нерегулярная триангуляционная сеть (ТIN) Триангуляционная модель данных содержит 3 основных типа данных: узлы, ребра и треугольники

Триангуляционная модель поверхности Земли

Триангуляция Делоне

Диаграммы Вороного

Квадротомическое дерево Исходный участок территории с пятью областями A, B, C, D и E Декомпозиция исходного участка на квадранты (1 -34) Итоговое квадродерево как графическая иллюстрация результатов декомпозиции

Описание полигона в векторной топологической модели – это множество трех элементов: узлов, дуг и собственно полигонов. Между этими объектами устанавливаются некоторые топологические отношения, необходимым элементом которых должна быть связь дуг и узлов, полигонов и дуг. Дугам приписываются указатели разграничиваемых ею правого и левого полигонов путем указания направления обхода контуров

Характеристики топологических моделей • Связанность контуров – это означает, что контуры должны храниться не как совокупность отдельных точек, а как взаимосвязанные друг с другом объекты, например, имея карту автодорог, можно определить возможность проехать из точки А в точку Б. • Пересечение – информация о типах пересечений, которая позволяет «строить» на картах автомобильные развязки, мосты и др. • Близость – показатель пространственной близости линейных или полигональных объектов. Оценивается числовым параметром.

Линейно-узловая (топологическая) модель

Связь пространственной и атрибутивной части данных в векторном представлении полигонального слоя

Топологическое представление векторных объектов

Пример векторного представления пространственных объектов

Пример слоев, составленных из пространственных объектов линейного типа

Примеры слоев, составленных из пространственных объектов полигонального типа

В векторных нетопологических моделях все объекты являются полностью независимыми друг от друга и могут произвольно размещаться в пространстве Пример данных типа «спагетти»

Организация данных в ГИС Деление объектов на слои производится так, чтобы в одном слое а) объекты были одной природы происхождения (дороги, реки, здания) б) объекты имели одинаковую топологическую структуру и размерность

Карта запасов подземных вод Томской области