Понятие о базах данных и их разновидностях.

Совокупность цифровых данных о пространственных объектах образует множество пространственных данных и составляет содержание баз географических данных, определяет принципы построения информационного обеспечения ГИС.

Выявление географических объектов и явлений и последующий выбор представления данных о них являются составной частью процесса, именуемого проектированием базы данных (БД).

Проектирование базы данных

Концептуальный уровень включает: описание и определение рассматриваемых объектов; установление способа представления географических объектов в базе данных; выбор базовых типов пространственных объектов - точки, линии, ячейки растра; решение вопроса о способе представления размерности и взаимосвязей реального мира в БД. Определяется содержание базы данных, определяемое сутью явления, характером его пространственного распространения и задачами, для которых создается БД.

Логический уровень включает разработку логической структуры элементов базы данных в соответствии с СУБД, используемой в программном обеспечении. Наиболее распространенными логическими структурами - моделями БД и их СУБД - являются иерархическая, сетевая, реляционная.

В иерархической модели (рис. а) записи данных образуют древовидную структуру, при этом каждая запись связана только с одной записью, находящейся на более высоком уровне. Доступ к любой записи осуществляется по строго определенным «веткам» и узлам такого дерева. Иерархические модели хорошо подходят для задач с явно выраженной иерархически соподчиненной структурой информации и запросов. Они обладают низким быстродействием, трудно модифицируемы, но эффективны с точки зрения организации машинной памяти.

В сетевых моделях (рис. б) каждая запись в каждом из узлов сети может быть связана с несколькими другими узлами; кроме данных записи содержат в себе указатели, определяющие местоположение других записей, связанных с ними. Такие модели очень трудно редактировать, например удалять записи, так как вместе с данными нужно редактировать и указатели. Подобные модели хорошо работают в случае решения сетевых, коммуникационных задач.

В иерархической и сетевой моделях для поиска конкретной записи необходимо вначале определить путь доступа к записи, а затем просмотреть все записи, находящиеся на этом пути.

Реляционные СУБД свободны от всех ограничений, связанных с организацией хранения данных и спецификой запоминающих устройств. Эти модели имеют табличную структуру (рис. в): строки таблицы соответствуют одной записи сведений об объекте, а столбцы поля - содержат однотипные характеристики всех объектов. Всевозможные способы индексации данных существенно сокращают время поиска и запроса к данным.

Физический уровень.

На этом уровне определяются объемы хранимой в БД информации и необходимые объемы памяти компьютера, рассматриваются вопросы о структурировании файлов на диске или других носителях информации для обеспечения программного доступа к ним, представления данных в памяти компьютера.

Системы управления базами данных в ГИС:

Отличают два пути использования СУБД в ГИС:

1) выполнение ГИС-процедур полностью через СУБД, тогда доступ ко всем данным осуществляется только через СУБД и все данные должны удовлетворять требованиям, заложенным при ее разработке;

2) некоторые данные доступны через СУБД, поскольку они вполне соответствуют модели, а к некоторым данным доступ прямой, так как они не удовлетворяют требованиям модели СУБД.

Функции СУБД:

управление данными во внешней памяти;

управление буферами оперативной памяти;

операции над БД;

обеспечение надежности хранения данных в БД;

поддержка языка управления БД.

Основные преимущества реляционных баз данных:

нет необходимости хранить атрибуты с пространственными данными, но они всегда могут содержаться где-нибудь в системе или поставляться, например, по сети;

атрибуты могут быть изменены или удалены без изменения пространственной БД;

коммерческие реляционные СУБД стандартны и могут управляться стандартными запросами;

хранение атрибутивных данных в реляционных БД не противоречит основным принципам слоев в ГИС;

атрибуты могут быть привязаны к пространственным единицам и представлены разными способами.

Объектно-ориентированные структуры БД

Ее применение направлено на снижение объемов хранимой информации и времени последовательного поиска в БД. Они применяются, когда появляется необходимость управления сложными реальными объектами другим способом, чем простыми точками, линиями и полигонами.

В объектно-ориентированных БД требуется, чтобы географические данные были определены как совокупности элементов. При этом они характеризуются серией атрибутов и параметров поведения, которые определяют их пространственные, графические, временные, текстовые, численные размерности. Примерами таких элементов могут служить участок железной дороги и связанное с ним здание вокзала, участок трубопровода с серией ответвлений разного диаметра и т. п.

Вопрос3. Особенности использования геоинформационных технологий в экологических исследованиях. Основы составления карт. Основные методы построения геоэкологических карт. Применение геоинформационных технологий в научных и учебно-научных экологических исследованиях.

Особенности использования геоинформационных технологий в экологических исследованиях.Основы составления карт

Использование нового информационного подхода, базирующегося на новых информационных технологиях, позволяет не только количественно описать процессы, происходящие в сложных экосистемах, но и, смоделировав механизмы этих процессов, научно обосновать методы оценки состояния различных компонентов окружающей среды.

К числу наиболее актуальных задач в данной области относится в первую очередь задача создания нового и адаптации существующего в других областях знания программного обеспечения, позволяющего обрабатывать огромные потоки информации, оценивать реальное состояние экосистем и на этой базе рассчитывать оптимальные варианты допустимого антропогенного воздействия на окружающую среду в целях рационального природопользования.

Экологические исследования включают в себя оценку состояния окружающей среды в целом и ее отдельных компонентов. При такой оценке необходимо рассматривать содержание различных веществ. Одним из наиболее распространенных способов представления такой информации являются изолинейные карты. С появлением моделирующих программ и цифровых моделей рельефа создание таких карт упростилось. Вначале создается база данных: вводятся координаты точек опробования, скважин, а затем к ним привязывается информация по загрязнению компонентов различными веществами. Моделирующие программы по ним с использованием различных алгоритмов строят цифровые модели «рельефа» загрязнения. Полученные в результате геополя используются для изучения характера загрязнения.

Для отображения характера загрязнения можно использовать различные картографические способы изображения.

Наиболее простой, но менее наглядный метод – это значковый способ.

Карты, полученные такими методами, правильно отображают картину загрязнения, т.е. не искажают географическую действительность. С другой стороны, они являются только лишь констатационными - на них хорошо видны точки с максимальными и минимальными концентрациями, но по ним довольно сложно оценить характер распространения явления.

Более наглядно площадное распространение можно отобразить с помощью изолинейных карт.