Цифровые модели пространственных данных

Какие существуют базовые типы пространственных объектов в ГИС? Назовите две составляющие пространственных данных и как они связаны между собой? В чем суть послойного представления пространственных данных в ГИС? Что такое цифровая модель данных? Перечислите основные виды цифровых моделей, существующих в ГИС, дайте определение каждой из них. Какого рода пространственные данные лучше всего представляются этими моделями?

Фундаментальными понятиями ГИС являются «пространственный объект» и «пространственные данные».

Пространственный объект – это цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоположение и набор характеристик.

Пространственные данные – цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах.

Типы пространственных объектов.Пространственные объекты классифицируются сообразно характеру их пространственной локализации. Базовые типы пространственных объектов ГИС (примитивы):

– точки (точечные объекты) представляют объекты на карте, которые слишком малы, чтобы их показывать линиями или областями (0-мерные объекты), задаются одной парой координат X, Y;

– линии (линейные объекты) представляют объекты на карте, которые имеют длину, но слишком узки, чтобы их показывать полигонами (1-мерные объекты), задаются последовательностью пар координат;

– полигоны (полигональные объекты) представляют географические объекты, имеющие длину и ширину (2-мерные объекты), задаются замкнутой линией;

– поверхность – 3-мерный объект, определяемый координатами X, Y и Z -значением;

– пиксел – наименьший элемент изображения, получаемый в результате разбиения изображения на далее неделимые элементы (ячейки растра); характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения (размер наименьшего из различаемых объектов на местности).

Позиционная и атрибутивная составляющие пространственных данных.Пространственные данные состоят из взаимосвязанных позиционной и непозиционной (атрибутивной) составляющих. Позиционная составляющая описывает пространственное положение данных (положение, форму географических объектов и их пространственные взаимоотношения с другими объектами); а непозиционная – тематическое содержание данных (содержит атрибуты данных).

Связь между позиционной и непозиционной частями пространственных данных осуществляется посредством идентификатора – уникального номера, приписываемого пространственному объекту слоя.

Объекты на карте можно отобразить, символизируя их согласно атрибутивной информации.

Послойное («слоистое», многослойное) представление пространственной информации является наиболее распространенным способом организации пространственных данных в ГИС.

Слой – совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме, в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев.

К примеру, базовый слой содержит данные о рельефе, затем следуют слои гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, почв, растительного покрова, распространения загрязняющих веществ и т.д. Условно эти слои можно рассматривать в виде «этажерки», на каждой полочке которой хранится информация по определенной теме. В процессе решения поставленных задач слои анализируют по отдельности или совместно, выполняют их взаимное наложение. Например, по данным о рельефе можно построить новый производный слой углов наклона местности.

На каждом слое может быть представлена только одна характеристика (один атрибут) пространственных объектов. По типу объектов различают точечные, линейные и полигональные слои, а также слои с поверхностями.

Выбор географической основы. При создании ГИС особое внимание всегда уделяют выбору географической основы или базовой карты, которая служит каркасом для последующей привязки данных, нанесения тематического содержания, совмещения и координирования всех данных, поступающих в ГИС, для взаимного согласования информационных слоев и последующего анализа с применением оверлея (наложения).

В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых могут быть избраны карты административно-территориального деления; топографические и общегеографические карты; карты использования земель; кадастровые, ландшафтные карты и др.

Цифровые модели пространственных данных

Цифровые модели данных или цифровые представления данных – это способы организации пространственных данных в компьютерных средах. Модель данных – это правила, задающие преобразование реальности в набор дискретных объектов (ее дискретизацию).

Основные модели пространственных данных:

– векторная (набор отдельных объектов в векторном формате);

– растровая (сетка ячеек);

– TIN (триангуляционная) (набор точек триангуляции, моделирующих поверхность).

Дайте определение векторной модели данных. Какие пространственные объекты лучше всего представляются ею? Чем ограничена точность размещения объектов в векторных моделях? Назовите две разновидности векторной модели. В чем их различие? Дайте определение топологии вообще, и что подразумевается под топологией в ГИС? Опишите основные топологические отношения в ГИС.