Тема 4. Технології введення просторових даних

2. Введення даних в ГІС

Введення даних є обов'язковою операцією, необхідною для функціонування ГІС. Для різних типів даних розроблені спеціальні технології введення, що відповідають функціональним можливостям, включеним до складу програмного ГІС-забезпечення, розроблені спеціалізовані периферійні пристрої.

ГІС складається з підсистем.

Введення даних — процедура кодування даних у форму, яку може прочитати комп’ютер і здійснити їх запис у базу даних ГІС. Цифрування — процес перетворення даних із паперових карт у комп’ютерні файли.

Підсистема збереження, оновлення й управління базами даних призначена для організації просторових даних із метою їх вибірки (обслуговування запитів на інформаційний пошук), відновлення та редагування. Вона повністю відповідає уявленням про функції комп’ютера як ефективного засобу для збереження й обробки інформації.

Підсистема обробки, моделювання й аналізу даних призначена для організації їх обробки, перетворення, математичного моделювання та поєднаного аналізу шляхом генералізації, агрегації, встановлення параметрів і обмежень за допомогою моделюючих функцій.

Підсистема контролю, візуалізації та виведення інформації призначена для відображення всієї бази даних або її частини в табличній, діаграмній або картографічній формі.

В даній лекції більш детальніше зупинимося на підсистемі введення, підготовки та попередньої обробки даних.

Залежно від типу джерел вхідних даних застосовуються різні технології введення даних. У першу чергу розділяються методи введення просторових і атрибутивних даних, для чого розроблені різні види графічних і табличних редакторів. Залежно від виду і якості вхідних матеріалів можуть використовуватися методи ручного або автоматизованого введення.

Основний вплив на вибір джерел даних і технологію їхнього введення чинить сфера застосування оброблюваної в ГІС інформації. Залежно від цілей роботи розрізняються вимоги до просторової і семантичної точності вхідних даних, часу їх збирання (створення), методів попередньої підготовки і формалізації даних. Наприклад, вхідні дані, придатні для створення електронного або паперового атласу адміністративної області, не можуть без додаткової підготовки використовуватися для створення системи земельного кадастру, де вимоги до точності вимірювання довжин і площ об'єктів у кілька разів вищі. Для систем, що моделюють природні або суспільні процеси, також необхідні особливо підготовлені й описані блоки даних, отриманих як зі стародавніх рукописних текстів, так і за допомогою найсучасніших систем збору інформації з космосу.

На технологію збору і введення даних також впливають методи подальшого аналізу і подання підсумкової інформації.
Введення даних, незважаючи на впровадження автоматизованих технологій, як і раніше, залишається найбільш складною і трудомісткою операцією при створенні і функціонуванні ГІС. Найбільш часто використовуються технології сканування паперових картографічних матеріалів, геометрична корекція сканованого зображення для усунення просторових похибок, цифрування паперових або сканованих карт із використанням ручної або напівавтоматизованої технології розпізнавання картографічних об'єктів.

За оцінками різних експертів, вартість введення даних може досягати 80% вартості всього ГІС-проекту, включаючи вартість апаратних засобів і зарплати висококваліфікованого персоналу. 

Помилки і пропуски, допущені при введенні даних, можуть призвести до перекручування інформації на наступних етапах її обробки і цілком знецінити кінцевий результат. Тому перед введенням даних виконується оцінка інформаційних потреб системи на всіх етапах її функціонування, підбираються джерела даних, улаштовується перелік інформаційних об'єктів, створюються їх докладні формалізовані описи, розробляється план послідовного цифрування. Обов'язковим елементом введення даних є вибірковий або повний контроль точності і повноти введення.

Географічні зображення для використання в ГІС вводяться у векторному або растровому вигляді безпосередньо (якщо такі дані вже існують у потрібному цифровому форматі) або за допомогою дигітайзера чи сканера. Кожен елемент або об’єкт зображення має географічну прив’язку. Тим самим будь-які властивості й характеристики цих об’єктів або елементів мають посилання на місце розташування.

Диво техніки — дигітайзер — з'явився в 1970-ті рр., a RAND Tablet (електромагнітний тип) — ще в 1964 р. Це не просто сканер, а графічний планшет, який паперове або векторне зображення перетворює на цифровий формат. Складається він із сенсорного екрана (планшет) і приладу, що наносить малюнок (стилус). Сучасний пристрій — магнітний дигітайзер — настільки точний, що навіть чутливий до розташованих поруч металевих предметів (обладнання, стільці, комп'ютери), які можуть спричинити спотворення картинки.

Засоби маніпулювання являють собою різні способи перетворення й виділення даних, наприклад приведення всієї географічної інформації до єдиного масштабу й проекції для зручності спільної обробки. Для зберігання, структурування та управління даними в ГІС найчастіше використовують реляційні бази даних, де для зв’язування таблиць існують загальні поля.

Запит і аналіз у ГІС можна виконувати на різних рівнях складності: від простих запитань (де розташований об’єкт і які він має властивості) до пошуків за складними шаблонами та сценаріями типу «а що, якщо...». Важливими в ГІС є засоби аналізу близькості та накладання об’єктів. Перший інструмент пов’язаний із виділенням буферних зон навколо заданих об’єктів за комбінацією різних параметрів (наприклад, виділити населені пункти, розташовані в радіусі 2 км від автодороги). Другий — дозволяє обчислювати перетин, об’єднання та інші поєднання двох і більше площинних об’єктів, розташованих у різних тематичних шарах (так звані оверлейні операції).

Розвинені засоби візуалізації дають змогу ГІС легко управляти відображенням даних. Традиційним результатом обробки й аналізу просторових даних є карта, яка легко доповнюється звітними документами, тривимірними зображеннями, таблицями, діаграмами, фотографіями, засобами мультимедіа.