Векторно-топологическая модель данных

Базовыми элементами (примитивами) векторно-топологической модели данных являются следующие.

Точка – точечный объект, определяемый парой координат X,Y.

Дуга – линейный объект, определяемый набором пар координат.

Полигон – 2-мерный (площадной) объект; область, образованная замкнутой последовательностью дуг.

Вершины – промежуточные точки вдоль дуги, определяющие форму дуги.

Узел – начальная или конечная точка дуги.

Нормальный (обычный) узел – узел, принадлежащий трем и более дугам.

Псевдоузел – узел, принадлежащий только двум дугам или одной замкнутой дуге (узел, принадлежащий двум дугам, одна из которых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней – это нормальный узел).

Висячий узел – узел, принадлежащий только одной незамкнутой дуге.

Простой полигон – полигон, который не содержит внутренних полигонов.

Внутренний полигон (остров) – полигон, находящийся внутри другого полигона.

Составной полигон – полигон, содержащий внутренние полигоны.

Универсальный полигон – внешняя область; полигон, внешний по отношению ко всем другим полигонам слоя.

Топология в ГИС.Векторно-топологические ГИС позволяют не только хранить информацию о геометрии объектов, но и поддерживать пространственные связи между объектами. Все пространственные отношения между объектами описываются с использованием топологии. Топология – математическая процедура для определения пространственных отношений.

Создание и хранение топологии имеет ряд преимуществ:

– меньше объем данных за счет сокращения избыточных координат;

– можно выполнять различные виды пространственного анализа в

ГИС: моделирование потоков в сети через соединяющиеся линии, объединение соседних полигонов с одинаковыми характеристиками, наложение географических объектов.

В ГИС топология определяет связность дуг, полигоны как наборы дуг и смежные полигоны (рис.8.2).

Связность дуг –установление соединяющихся друг с другом линейных объектов одного слоя. Установление связности в ГИС происходит следующим образом:

– в топологической модели, если дуги соединяются друг с другом, то они соединяются только в узлах;

– все дуги и узлы пронумеровываются (идентифицируются);

– в файлах для каждой дуги хранятся не только ее координаты, но и номера начального и конечного узлов;

– отслеживая все дуги, которые встречаются в каком-нибудь узле, система знает, какие дуги соединяются друг с другом, т.е. определяет связность дуг.

Создание полигонов из дуг, образующих при соединении замкнутую область.

В векторно-нетопологической модели информация о полигоне хранится в виде набора пар координат, которые при соединении образуют замкнутую область. В топологической модели данных для создания полигона используется не замкнутый набор пар координат, а список дуг, образующих данный полигон. Хотя какая-нибудь дуга может появляться в списке дуг более чем для одного полигона, координаты ее записываются только раз при задании данной дуги. Это сокращает объем данных и обеспечивает совпадение границ соседних полигонов.

Смежность полигонов –установление соседних полигонов:

– каждая дуга имеет начальный и конечный узел, а, следовательно, имеет и направление;

– все полигоны пронумерованы;

– система поддерживает список полигонов слева и справа от дуги (при обходе дуги от начального к конечному узлу);

– отслеживая полигоны, имеющие общую дугу, система определяет их смежность.

Дайте определение растровой модели данных. Какова ее структура? Какого рода пространственные данные лучше всего представляются этой моделью? Что задает пространственное разрешение растра, чем оно определяется? Назовите две категории растровых данных. Приведите примеры для каждой из них.

Растровое представление (растровая модель данных) – цифровое представление пространственных объектов в виде двухмерного массива (матрицы) ячеек растра с присвоенными им значениями (рис.8.3).

Структура растра.Растр охватывает прямоугольную область. Все ячейки (пикселы) имеют одинаковые ширину и высоту. Координаты ячейки определяются номером столбца слева направо и номером строки сверху вниз. Нумерация строк и столбов начинается с 0. Географические координаты верхнего левого угла сетки вместе с размерами ячейки и количеством их строк и столбцов однозначно определяют пространственный экстент (охват) набора растровых данных.

Ячейка – это неделимый элемент, представляющий определенный участок земли, например, квадратный метр или километр. Ячейка должна быть достаточно мала, чтобы сохранять требуемые детали, но и достаточно велика, чтобы можно было эффективно хранить и анализировать данные на компьютере.

Каждая ячейка растра имеет значение, которое определяет класс, категорию или измеренную характеристику в области этой ячейки.

Вот некоторые характерные значения, представляемые в ячейках:

– коэффициент отражения света на фотографии;

– интенсивность света в определенной части спектра на снимках

из космоса;

– тематический атрибут (тип землепользования);

– Z-значение (абсолютная высота, концентрация, объем осадков).

Назначение растра.Растр применяется там, где пользователей не интересуют отдельные пространственные объекты, а интересует каждая точка пространства с ее характеристиками (высота, тип почв). Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными данными («географическими полями»), такими как рельеф, температура, давление, уровень грунтовых вод, концентрация загрязняющих веществ, уровень шумового фона и т.п.

Точность размещения пространственных объектов в растровой модели ограничена размером ячейки, определяющим пространственное разрешение растра (размер наименьшего из различаемых объектов на местности).

Растровые данные можно получить с помощью систем сбора изображений или посредством вычислений по другим данным. Источниками растровых данных являются космические снимки, аэрофотоснимки, сканированные карты, фотографии, конвертированные данные (преобразованные из векторных данных или данных TIN).