Тема Пространственная информация и ее представление в ГИС

Тема: Пространственная информация и ее представление в ГИС /56

ГИС (Географическая Информационная Система) - (Г это система сбора, хранения, анализа и отображения пространственных данных Составные части ГИС: · аппаратные средства (компьютеры, принтеры…); · программное обеспечение (набор функций и инструментов, необходимых для ввода, хранения, анализа и визуализации пространственной информации; графический пользовательский интерфейс); · методы (алгоритмы, оценки, используемые специалистами, работающими с ГИС); · люди (пользователи ГИС, создатели карт и БД, разработчики ГИС); . · данные. Люди Программное обеспечение Аппаратные средства Данные Методы /56

Фундаментальные понятия ГИС: Ú Пространственный объект - это цифровая модель (цифровое представление) объекта модель реальности, содержащее его местоположение и набор характеристик (атрибутов). Ú Пространственные данные - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах. 3 /56

Информационное обеспечение ГИС Пространственные данные могут содержаться в ГИС в виде: § цифровых карт; § данных дистанционного зондирования; § табличных данных; § координатных данных, получаемых с помощью GPS. Источники пространственных данных в ГИС: § картографические источники; § данные дистанционного зондирования; § данные наблюдений; § социально-экономические данные; § метаданные – данные о данных (информация о проекции, уровне генерализации, времени создания карты, пояснения к атрибутивной информации в БД) /56

Базовые типы пространственных объектов в ГИС: § Точка - точечный объект на карте, который слишком мал, чтобы показывать его линией или областью (0 -мерный объект). § Линия - линейный объект на карте, который имеет длину, но слишком узок, чтобы показывать его полигоном (1 мерный объект). § Полигон - площадной объект на карте, имеющий длину и ширину (2 -мерный объект). § Поверхность - 3 -мерный объект, определяемый координатами X, Y и Z-значением (например, рельеф) § Пиксел (ячейка) - наименьший элемент изображения. Имеет прямоугольную форму. Размер пиксела определяет пространственное разрешение изображения. 5 /56

Две составляющие пространственных данных Пространственные данные состоят из позиционной непозиционной (атрибутивной) составляющих: и • позиционная описывает пространственное положение данных (местоположение, форму объектов, возможно пространственные взаимоотношения с другими объектами); • атрибутивная содержит тематические данные. Связь между позиционной и непозиционной частью осуществляется посредством идентификатора - уникального номера, приписываемого пространственному объекту слоя (для векторных данных). Объекты на карте можно отобразить, символизируя их согласно атрибутивной информации. /56

Послойное представление пространственных данных в ГИС Карта в ГИС - набор слоев информации (гидрография, дороги. . . ). Слой - совокупность однотипных (одной мерности) Слой пространственных объектов, относящихся к одной теме, в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев. На каждом слое может быть представлена только одна характеристика пространственных объектов. Различают точечные, линейные и полигональные слои, а также слои с поверхностями. В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно, выполняют их наложение. /56

Базовая карта (географическая основа) служит для привязки данных, нанесения тематического содержания, совмещения слоев в ГИС. Базовая карта - карта землепользования В качестве базовых могут быть: - карты административнотерриториального деления; - топографические карты; - карты землепользования; - ландшафтные карты и др. /56

Цифровые модели в ГИС Цифровая модель данных (цифровое представление данных) - способ организации пространственных данных в компьютерных средах. Преимущества цифрового представления пространственных данных: • • • легко копировать, передаются с большой скоростью, меньше подвержены физическому износу, легко трансформировать, обрабатывать, анализировать, можно делать то, что невозможно с бумажными картами: быстро и точно измерять, комбинировать, масштабировать, панорамировать. 9 /56

Основные цифровые модели : Векторная модель Ø Векторная (набор отдельных объектов в векторном формате); Ø Растровая (сетка ячеек); Ø TIN (триангуляционная модель) - набор точек триангуляции, моделирующих поверхность. Растровая модель TIN Ни одна модель не является совершенной, универсальной, т. е. годной является для решения любых задач! /56

Цифровые модели данных Векторная модель данных - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар. Типы векторных объектов: • Точка - задается одной парой координат (X, Y). • Линия - задается последовательностью пар координат, • Полигон - задается замкнутой линией, являющейся его границей, (т. е. полигон определяется замкнутым набором пар координат, в котором первая и последняя пары должны совпадать). 11 /56

Векторная модель данных Векторные объекты имеют точную форму, положение и атрибуты. Векторная модель лучше всего подходит для описания дискретных объектов с четко выраженными формами и границами: · естественные образования (реки, растительность); · искуccтвенные сооружения (дороги, трубопроводы, здания); · элементы разбиения земной поверхности (округа, земельные участки, политические образования). 12 /56

Векторная модель данных ПРОФИЛЬ Высота В ряде случаев непрерывно изменяющиеся явления (высота, изменяющиеся температура, атмосферное давление), не имеющие реальных четких границ, также представляются в виде дискретных векторных объектов посредством: • ТОЧЕК - задание точечных з значений, измеренных в некоторых характерных пунктах (метеостанции, посты, высотные отметки); • ЛИНИЙ - создание профилей сечения поверхности; построение изолиний (например горизонталей для отображения рельефа). • ПОЛИГОНОВ - разделение площади на зоны, внутри которых значение считается величиной постоянной; Расстояние /56

Векторная модель данных Источники данных для векторных моделей: • Дешифрование снимков • GPS-измерения • Оцифровка бумажных карт • Векторизация растровых данных • Изолинии из TIN, растра Точность размещения объекта в векторной модели ограничена неопределенностью его положения на исходной бумажной карте: линии на карте имеют толщину 0. 1 мм, что в масштабе, например, 1: 200 000 соответствует 20 м на местности - предельная точность данного масштаба. 14 /56

Векторная модель данных Виды пространственного анализа в векторных моделях: • Запрос объектов на карте Наложение полигонов • Создание буферов • Слияние и наложение (оверлей) полигонов Слияние полигонов • Анализ окрестности (определение близости и примыкания объектов) • Определение оптимального места для размещения (например, предприятия) • Сетевой анализ (исследование потоков в сети) 15 /56

Векторная модель данных Две разновидности векторной модели • векторно-нетопологические - в них позиционная составляющая объектов содержит описание только их геометрии (например, шейп-файлы Arc. View); • векторно-топологические - описывают не только геометрию объектов, но и топологические отношения между полигонами, дугами и узлами (например, покрытия ГИС ARC/INFO). Топология - математическая процедура для определения пространственных отношений между объектами. Создание топологии в ГИС включает определение и кодирование взаимосвязей между узлами, линиями и полигонами. 16 /56

Элементы векторно-топологической модели данных 4 Полигон вершины 5 1 Дуга 2 3 Узел • Точка - точечный объект, определяемый парой координат X, Y. • Дуга - линейный объект, определяемый набором пар координат. • Полигон - 2 -мерный (площадной) объект, образованный замкнутой последовательностью дуг. • Вершины - промежуточные точки вдоль дуги, определяющие ее форму. • Узел - начальная или конечная точки дуги. • Нормальный узел - узел, принадлежащий трем и более дугам; • Висячий узел – узел дуги, которая не соединяется ни с какой другой дугой. • Псевдоузел - узел, принадлежащий только двум дугам или одной замкнутой дуге. 17 /56

Элементы векторно-топологической модели данных • Внутренний полигон (остров) - полигон, находящийся внутри другого полигона. • Составной полигон - содержит внутренние полигоны. • Простой полигон - не содержит внутренних полигонов. • Универсальный полигон -внешняя область; полигон, внешний по отношению ко всем другим полигонам слоя. В ГИС топология определяет следующие отношения: · связность дуг; · полигоны как наборы дуг; · смежные полигоны. 18 /56

Определение и кодирование топологических отношений в ГИС: 1. Связность дуг: • Дуги должны соединяться друг с другом в узлах. • Все дуги и узлы пронумерованы. • Помимо координат, в файлах хранятся номера начального и конечного узлов каждой дуги. • Отслеживая в таблице все дуги , имеющие один и тот же узел, система устанавливает, какие дуги соединяются друг с другом. /56

Определение топологических отношений в ГИС: 2. Создание полигонов из дуг, образующих при соединении замкнутую область: • все полигоны пронумерованы; • для каждого полигона хранится список дуг, из которых он составлен, а НЕ замкнутый набор пар координат (как в векторно-нетопологической модели). Преимущества: координаты дуги записываются только 1 раз, даже если она появляется в списке дуг более чем для одного полигона. Это сокращает объем данных и обеспечивает совпадение границ соседних полигонов. /56

Определение топологических отношений в ГИС: 3. Смежность полигонов: • Дуги имеют направление (т. к. имеют начальный и конечный узел). • Система поддерживает список полигонов слева и справа от дуги. • Полигоны с общей дугой - смежные. /56

Определение пространственных отношений между дугами, узлами и полигонами в векторно-топологической модели 1. Все узлы, дуги и полигоны пронумерованы (идентифицированы) 2. Для каждой дуги хранятся данные о ее начальном и конечном узлах и полигонах слева-справа от нее, по которым система определяет связные дуги и смежные полигоны Связные дуги 3. Для каждого полигона хранятся данные о дугах, его образующих, и их направлении список и направление дуг Полигоны обходятся по часовой стрелке /56

Векторно-топологическая модель Преимущества создания и хранения топологии в ГИС · меньше объем данных за счет сокращения избыточных координат; · можно выполнять различные виды пространственного анализа: 3 4 1 2 üмоделирование потоков в сети через соединяющиеся линии; 3 üслияние соседних полигонов с одинаковыми характеристиками; 4 1 2 üналожение объектов. /56

ГИС Arc. GIS ( разработана Институтом Исследований Систем Окружающей Среды Environmental Systems Research Institute, ESRI) Ø поддерживает векторно-топологическую модель данных; Ø формат векторно-топологических данных в Arc. GIS - покрытие (coverage) Arc. Info. Карта 1 2 8 9 12 3 5 7 6 11 10 13 14 идентификатор ID Табличные данные ID 1 2 3 4 5 6 7 Типы почв Коды районов Геол. зоны В покрытии • каждое местоположение описывается набором Х, У координат; • атрибуты хранятся в отдельной таблице (по одной записи для каждого объекта в покрытии); • каждому объекту присваивается уникальный идентификатор, который хранится в двух местах: в файле, содержащем координаты, и в атрибутивной таблице; через него поддерживается связь между пространственными объектами и записями в атрибутивной таблице; • пространственные взаимосвязи между объектами устанавливаются с помощью дуг и узлов, которые 24 /56 имеют свои внутренние идентификаторы.

Цифровые модели данных Растровая модель данных цифровое представление пространственных объектов в виде двухмерного массива (матрицы) ячеек растра с присвоенными им значениями. 012 столбцы x строки Структура растра: 0 • охватывает прямоугольную область. 1 2 • все ячейки (пикселы) одинаковые. • координаты ячейки (x, y) - это номер столбца (слева направо) и номер строки (сверху вниз). Нумерация строк и столбов начинается с 0. • пространственный экстент (охват) растра определяется Ø географическими координатами y верхнего левого угла сетки; Ø размерами ячейки; Ø количеством строк и столбцов. - /56

Растровая модель применяется, когда интересует каждая точка модель пространства с ее характеристиками, а не отдельные объекты. Оптимальна для работы с явлениями, которые не имеют четко выраженных границ - с непрерывными данными, границ непрерывными поверхностями ( «полями» : рельеф, температура, осадки, вегетация, концентрация загрязняющих веществ). Векторный вид Растровый вид Водоем и дорога на космоснимке в векторном представлении в растровом представлении /56

Точность размещения пространственных объектов в растровой модели ограничена размером ячейки, что определяет пространственное разрешение растра - размер наименьшего из различаемых объектов на местности (например, 20 x 20 м). Внутри ячейки все детали о каких-либо изменениях теряются и ячейке присваивается единственное значение. Растровые данные • либо моделируют пространственно непрерывные явления, явления • либо хранят изображения. Непрерывное явление (рельеф) Изображение (космоснимок) /56

Источники растровых данных Растр можно получить с помощью систем сбора изображений или посредством вычислений по другим данным: · Космические снимки · Сканированные карты · Конвертированные данные (преобразованные из других данных, например, векторных – растеризация) · Аэрофотоснимки · Фотографии · Вычисленные данные /56

Растровая модель данных Использование растровых данных: · как фон для отображения фон карты, · как источник для дешифрования объектов и объектов получения тематических данных, · для представления непрерывных поверхностей, поверхностей · для анализа пространственных процессов (гидрологический процессов анализ, анализ рельефа местности) Рельеф Водоразделы 29 /56

Две категории растровых данных: • изображения (снимки); • тематические непрерывные данные. Ø Изображения - получают с помощью систем сбора изображений, которые регистрируют отраженный свет в одной или нескольких зонах электромагнитного спектра и кодируют его значениями от 0 до 255. Соответственно получаются одноканальные и многоканальные изображения. 30 /56

Две категории растровых данных Способы отображения одноканальных растров 1. бинарное - каждая ячейка имеет значение 0 или 1; 3. цветное индексированное (псевдоцветное, максимум 256 цветов). Для задания цвета ячеек используется таблица цветов: значениям ячеек от 0 до 255 сопоставляются тройки значений красного, зеленого и синего цвета, комбинация которых определяет итоговый цвет каждой ячейки. (v-) 2. полутоновое - значения ячеек (от 0 до 255) преобразуются в оттенки серого; Файл с таблицей цветов 31 /56

Две категории растровых данных Многоканальные растры Канал 1 (красный) Канал 2 (зеленый) Канал 3 (синий) Красный Зеленый Синий (v-) Видимые участки (0. 4 -0. 8 мкм) спектра электромагнитных волн • Используются для хранения космоснимков и фотографий. • Каждый канал - это зафиксированный сенсором определенный участок спектра электромагнитных волн. • В обычных цветных снимках каналы соответствуют красному, зеленому и синему участкам спектра. Значения ячеек для каждого канала лежат в пределах от 0 до 255, их комбинация образует более 16 млн. цветов (2563). • Для обнаружения нефти, газа, горячих источников к красному, зеленому, синему каналам добавляется инфракрасный. 32 /56

Две категории растровых данных ØТематические непрерывные растровые данные - значением каждой ячейки в таком растре является Рельеф измеренная (либо вычисленная) величина или категория: • измеренная величина (высота, концентрация загрязнения) - число с плавающей точкой, меняется постепенно, все вместе значения моделируют некоторую поверхность; • категория, класс (тип землепользования, растительности) - целое число, при переходе от одной ячейки к другой постоянно или меняется скачком. Данные этого типа образуют сплошные области с общим значением ячеек. Рельеф Типы почв 33 /56

Способы отображения поверхностей а) карта рельефа, показанная отмывкой (тенями имитируется освещенность в зависимости от положения солнца и локального уклона) б) карта высот, показанная цветовыми оттенками в) карта высот, показанная цветовыми оттенками + отмывка рельефа г) карта уклона рельефа, показанная цветовыми оттенками. 34 /56

Растровый анализ в ГИС: Высота Уклон Отмывка низкое сопротивление высокое сопротивление 5 день 4 день 3 день 2 день 1 день • Пространственные преобразования - растр можно перемещать, растягивать, поворачивать, чтобы подстроить его к истинному местоположению или перепроецировать в другую систему координат, используя полиномиальные преобразования. • Анализ близости - нахождение объектов, ближайших к объектам другого слоя. • Анализ расстояния - нахождение объектов в пределах определенных расстояний от других объектов. • Анализ поверхности - нахождение характеристик непрерывных поверхностей: высоты, уклона, направления уклона (экспозиции), отмывки. • Поиск маршрута наименьшей «стоимости» (базируется на оценке перемещения от одной ячейки к другой в «стоимостных» единицах: времени, материальных затратах, предпочтительности). • Анализ распространения - моделирование динамики явлений (распространение пожара, прогнозирование движения нефтяного пятна). 35 /56

Растровый анализ в ГИС Анализ пригодности – это наложение растров с разными характеристиками для моделирования пригодности местности к некоторому виду освоения по комплексу показателей Примеры использования: определение наиболее подходящего места для выращивания сельскохозкультуры, бурения нефтяной скважины, строительства детского садика, магазина и т. д. Наложение (сложение) растров Каждая ячейка растра представляет определенное местоположение и имеет определенное значение. = + При анализе пригодности ячейки для разных растровых слоев накладываются друг на друга, друга Землеполь- + Водные = Среда описывая каждое местоположение (ячейку) зование объекты обитания различными атрибутами. Для решения задачи пригодности создается модель пригодности. Для этого пригодности значения ячеек накладываемых растров сначала оцениваются по их степени пригодности: им присваиваются значения пригодности (например по 10 -балльной пригодности системе). Затем растры с присвоенными им значениями пригодности комбинируются (складываются) для создания комплексной карты пригодности для каждого местоположения, учитывающей все переменные величины. /56

Географическая привязка растра Растр представляет собой строки и столбцы ячеек. Чтобы использовать его вместе с другими данными, растр должен находиться в той же системе координат, что и эти данные. Географическая привязка (трансформация) растра - это установление соотношения между системой координат растра (номера строк и столбцов ячеек) и системой координат реального мира (Х, У). Выполнение географической привязки растра: • задается необходимое количество опорных точек, координаты которых точек известны в обеих системах координат (например, хорошо опознаваемые места - перекрёстки, мосты и т. п. ): сначала устанавливается положение точек на карте, а затем вводятся их новые координаты; • по координатам (старым и новым) заданных опорных точек рассчитывается полиномиальное преобразование, определяющее преобразование масштабирование, поворот и сдвиг между двумя системами координат. Информация о привязке сохраняется или внутри растровых форматов (Geo. Tiff), или в отдельных файлах привязки, благодаря чему растр может привязки, преобразовываться и отображаться вместе с другими данными. 37 /56

Географическая привязка растра Аффинное (линейное) преобразование – 6 параметров определяют преобразование номеров строк и столбцов растра в координаты карты: х' = Ах + By + С у' = Dx + Еу + F, где: x, у - номер столбца и номер строки, Растр х', у' - координаты в единицах карты, Пространство карты А - ширина ячейки в единицах карты, Е - отрицательная высота ячейки в единицах карты (знак "-", т. к. номер строки увеличивается по направлению вниз, а значение координаты Y карты - по направлению вверх), (A, E - коэффициенты, определяющие масштабирование растра) В, D - коэффициенты вращения (задают поворот растра), С, F - координаты карты х'0, у'0 для центра левой верхней ячейки (определяют сдвиг растра). Для расчета аффинного преобразования требуется не менее 3 опорных точек. 38 /56

Географическая привязка растра Опорные точки Заданные положения Рассчитанные положения Отклонение Для каждого преобразования вычисляется среднеквадратическая ошибка, измеряющая отклонение между рассчитанными и заданными положениями опорных точек в новой системе координат. Высокая ошибка говорит о том, что растр трансформирован некорректно! Среднеквадратическая ошибка = /56

Примеры файлов, хранящих информацию о географической привязке растра отдельно от самого растра: • world-файлы (мировые файлы) для форматов JPEG, ВМР, TIF • файлы заголовков для других форматов. Файл заголовка с блоком информации о географической привязке: A B D E C F • количество строк, столбцов растра, Мировой (world) файл привязки со значениями параметров, задающими пространственное преобразование растра: A B • масштабирование (A, E), D • вращение (B, D) и E C • сдвиг (C, F) • координаты левого верхнего угла растра, • размер ячейки, F Имеет то же имя, что и растр, а его расширение состоит из 1 -й и последней буквы расширения растра + “w” на конце. Например, растру в формате JPEG соответствует мировой файл с JPEG расширением JGW (v-) 40 /56

TIN (нерегулярная триангуляционная сеть/ Triangulated Irregular Network) способ моделирования непрерывных поверхностей точками и значениями в этих точках, выбранными с переменной плотностью. TIN-модель, как и растровая, предназначена для моделирования непрерывных поверхностей, но с более неоднородным характером изменений. Источники данных TIN: ü ü дешифрование снимков GPS-измерения; импорт точек с высотами; преобразование из векторных изолиний. /56

Свойства TIN, вытекающие из названия: • “нерегулярная” - точки берутся с переменной плотностью для более детального моделирования участков, где характер поверхности резко меняется. • “триангуляционная” - по набору точек строится оптимизированный набор треугольников, каждый из которых дает хорошее представление о локальной части поверхности. • “сеть” - TIN имеет сетевую топологическую структуру: каждый треугольник содержит информацию о соседних треугольниках, образуя, таким образом, сеть. /56

Элементы TIN создают по точкам, линиям и полигонам, которые в TIN-моделях называются массовыми точками, линиями перегиба и областями исключения. Береговая линия Ручей Озеро Точки высоты Остров • Массовые точки - это точки с координатами Х, У, Z, плотность которых меняется в зависимости от степени изменения поверхности (плоская равнина - малая плотность, гористый рельеф - высокая плотность точек). • Линии перегиба очерчивают резкие неоднородности рельефа (гребни, дороги, реки). • Области исключения представляют строго горизонтальные участки (водные поверхности или искусственно выровненные участки). • Граница проекта также задается полигоном, отсекающим ненужные части триангуляции. Граница проекта Область исключения Линия перегиба Массовая точка /56

Создание TIN Элементы TIN добавляются последовательно, чтобы развить и усовершенствовать модель поверхности. Этапы создания TIN: Получить набор точек с координатами Х, У, Z, определить линии перегиба и области исключения. è По точкам ГИС создает оптимальную сеть треугольников, называемую триангуляцией Делоне - формируется начальная TIN, отражающая общую форму поверхности. Массовые точки Линия перегиба è Полигон Вводятся линии перегиба. В результате создаются новые точки (узлы) там, где эти линии пересекаются с первоначальными треугольниками. TIN обновляется, чтобы включить эти новые узлы в сеть. è Вводятся полигоны. Создаются новые узлы. TIN снова уточняется, чтобы моделировать области постоянных значений и границы триангуляции. /56 è

Моделирование поверхности острова в TIN Озеро моделируется областью исключения с постоянной высотой Пологий участок требует мало массовых точек Крутой участок требует много массовых точек Береговая линия острова моделируется полигоном, определяющим внешние ребра набора граней. Водный поток моделируется линией перегиба /56

TIN Триангуляция Делоне (названа в честь российского математика Б. Н. Делоне) - треугольная полигональная сеть, образуемая на множестве точечных объектов путем их соединения непересекающимися отрезками. Принцип триангуляции Делоне - треугольники по точкам строятся так, чтобы любая окружность, проведенная через три узла в треугольнике, не включала никакого другого узла. (При этом создаются треугольники наиболее похожие на равносторонние, которые наилучшим образом моделируют локальную часть поверхности). Пример: в случае с четырьмя точками возможны две триангуляции. Какая из них справедлива? Эта триангуляция удовлетворяет испытанию Делоне! Эта триангуляция не удовлетворяет испытанию Делоне. /56

в TIN: • треугольники - это грани, линии граней - ребра, точки – узлы; • все грани точно смыкаются с соседними в каждом узле и вдоль каждой грани; • структура данных топологическая: для каждой грани хранится список ее узлов и список соседних с ней граней. Треугольник Список узлов Узел Грань Ребро Соседи /56

Растровая модель Построение TIN-модели из горизонталей, рассчитанных по растровой модели рельефа Горизонтали TIN-модель рельефа 48 /56

Визуализация граней TIN можно отобразить • цветами, показывающими высоту, уклон или экспозицию (направление уклонов) граней; • с помощью отмывки рельефа (затемнения граней, имитирующих их освещенность, для создания реалистического изображения). Высота, переданная цветовой шкалой Отмывка рельефа (солнце на северо-западе) Уклон, переданный цветовой шкалой + отмывка рельефа /56

Анализ в TIN-модели Вычисление высоты, уклона и экспозиции для любой точки поверхности (для вычисления высоты любой точки поверхности сначала находится содержащая эту точку грань, а затем интерполируется значение высоты в ее пределах – через уравнение плоскости, заданной вершинами треугольника). · Построение изолиний по сети триангуляции. · Определение диапазона высот поверхности. · Вычисление статистики по поверхности (объем относительно опорной плоскости, средний уклон, площадь и периметр). · Анализ видимости - определение участков поверхности, видимых из заданной точки вдоль указанной линии. Высота · Показ вертикального Показ профиля поверхности вдоль указанной линии. ПРОФИЛЬ Расстояние Зеленый - видимый участок линии из заданной точки, 50 /56 красный - нет

Ни одна модель не является универсальной, т. е. годной для решения любой задачи. Факторы, влияющие на выбор цифровой модели: Ø Что моделируется? если отдельные (дискретные) объекты с четкими формами - необходима векторная модель; если непрерывные явления - растровая или TIN. Ø Какая требуется точность пространственного размещения объектов? высокая точность возможна в векторной модели; в растровых данных точность положения ограничена размерами ячейки; в TIN моделях хорошо определены только положения массовых точек, линий перегиба и областей исключения. В растровых и TIN моделях местоположения пространственных объектов и их форма в целом неотчетливы /56

Факторы, влияющие на выбор цифровой модели данных Ø Нужна ли топология пространственных объектов? если объекты используются только как фон на карте, топологический формат не нужен; если будет проводиться, например, анализ сети, то объекты должны быть топологическими. Ø Какой требуется вид анализа? • TIN обеспечивает расчет объема между двумя поверхностями; оценку видимости из заданной точки; вычисление высот, уклонов и экспозиции; создание профилей высот по линии. • растровая модель анализирует динамику распространения процесса, определяет близость объектов, путь наименьшей «стоимости» , производит наложение растров для анализа пригодности. • векторная модель позволяет определить оптимальное место для размещения предприятий, исследовать потоки в сети, запрашивать объекты на карте, определять их близость и примыкание. /56

Стандартные форматы хранения данных в ГИС Формат файла - это шаблон, по которому он создается, или иначе, форма записи информации в файл (описывает, какие данные и в каком порядке должны быть занесены в файл). Форматы данных в ГИС делятся на векторные и растровые: • в векторном формате геометрия и атрибуты хранятся в разных файлах: ü геометрия - в двоичном файле в виде записей, состоящих из набора координат; ü атрибуты - в отдельной атрибутивной таблице; • в растровом формате геометрия и атрибуты хранятся в одном файле - записи организованы по столбцам или строкам растра; каждое число в записи кодирует значение, относящееся к одной ячейке. /56

Стандартные форматы хранения данных в ГИС Сравнение векторного и растрового форматов · Данные в растровых форматах для многих операций обрабатываются быстрее (например, наложение). · Векторные системы в целом используют меньший объем памяти. Для сжатия растровой информации используется метод группового кодирования: последовательность ячеек с одинаковым значением кодируется парой чисел - количеством таких ячеек и их значением. 5 0 6 1 6 2 4 3 6 0 3 1 При больших однотипных площадях размер файла при таком сжатии может быть заметно уменьшен. В общем случае растровые данные занимают много места и плохо сжимаются. · Растровые данные просты в организации, их легко получить путем сканирования, но во многих случаях растровый подход ведет к потере деталей. 54 /56

Преимущества Растровая модель 1. Простая структура данных 2. Эффективные оверлейные операции 3. Работа со сложными структурами 4. Работа со снимками Векторная модель 1. Компактная структура 2. Топология 3. Качественная графика /56

Стандартные форматы хранения данных в ГИС Внутренние и обменные форматы Каждая ГИС имеет свой формат данных. Различают: • внутренний формат системы, предназначенный для работы в данной ГИС; • обменный формат - формат, в который может быть преобразован внутренний формат для обмена информацией между пользователями, работающими в разных ГИС и на разных платформах. Необходимым компонентом ГИС являются модули преобразования (конвертирования) внешних форматов данных, содержащие средства импорта/экспорта наиболее распространенных векторных и растровых форматов. Если ГИС знакома с "чужим" форматом, она может прочитать данные из такого файла и записать свои данные в этом формате для передачи в другую систему. /56

Наиболее распространенные форматы данных в ГИС Векторные внутренние форматы: • покрытие - формат Arc/Info. • шейп-файлы - формат Arc. View. • DWG - формат системы Auto. Cad данных САПР (файлы чертежей). Векторные обменные форматы: • E 00 или GEN (формат Arc/Info), • MIF/MID (формат ГИС Map. Info). • DXF - формат системы Auto. Cad данных САПР (файлы чертежей). Растровые форматы: • • TIFF, BMP (двоичный формат), JPEG (сжатый BMP), GRID - формат ESRI для тематических данных, • ERDAS - изображения, созданные с помощью системы обработки изображений ERDAS. 57 /56