Тема 3. Методи формалізації просторово-розподіленої інформації

Растровий спосіб формалізації просторових даних, чи растрова модель просторових даних, у найпростішому випадку полягає в зображенні просторових об'єктів у вигляді мозаїки, що суцільно покриває територію. Ця мозаїка і називається растром. Кожен елемент растра називається чарункою (коміркою) растра або пікселем (від англ. pixel, що є скороченням від picture element — елемент зображення).

Найчастіше використовуються комірки квадратної форми, хоча досить широко відомі комірки трикутної і шестикутної форм. Трикутна мозаїка більш гнучка, ніж чотирикутна, і, в принципі краще підходить для моделювання тривимірних поверхонь. Шестикутна ж мозаїка (з комірками, представленими рівними правильними шестикутниками) приваблива тим, що всі сусідні комірки є еквідистантними, тобто відстань між центрами всіх сусідніх комірок однакова, чого не можна сказати, наприклад, про квадратні і тим більше прямокутні комірки растра.

Види растрових комірок

У растровій моделі просторова інформація кодується у вигляді прямокутної матриці — за рядками і стовпцями, розмір якої відповідає розміру вихідного растра. У зв'язку з цим положення кожного елемента растра в просторі визначається номерами стовпця і рядка, у яких розміщений даний елемент. При растеризації картографічних зображень стовпці звичайно розміщуються в напрямку північ-південь, а рядки — захід-схід. Як початкова комірка (з координатами 0, 0 чи 1, 1) найчастіше використовується комірка, розміщена у верхньому (або нижньому) лівому куті растра.

Шари растрової інформації для бази даних ГІС, можуть бути підготовлені вручну — шляхом кодування інформації для кожної комірки растра і подальшого введення в комп'ютер за допомогою текстового редактора або електронних таблиць. Однак виконання такої роботи можна здійснити практично лише при розмірі растра в кілька десятків чи сотень елементів, що не є характерним для сучасних геоінформаційних систем.

Досвід розв'язання завдань, пов'язаних з оцінкою динаміки речовинних потоків в агроландшафтних системах з використанням ГІС, показує, що в багатьох випадках розмір комірки растра не повинен перевищувати 20x20 м. Неважко підрахувати, що в цьому випадку для ділянки території 10x10 км растр буде мати розмір 500x500 і містити 250 000 комірок. Цифрова ж модель Землі ЕТОР05, створена Національним центром геофізичних даних США (ЕТОР05..., 1988), містить більш ніж 9 млн комірок поверхні розміром 5x5 хвилин за широтою і довготою. Зрозуміло, тут можливі тільки автоматичні способи підготовки растрових моделей просторових даних — за допомогою сканерів, а також комп'ютерної растеризації векторних зображень. Растрову структуру мають також дані дистанційного зондування зі штучних супутників Землі.

Поєднання семантичної і позиційної інформації, що є основним позитивом растрових моделей просторових даних, у той самий час обумовлює один з їх істотних негативів - необхідність великої ємності пам'яті для збереження оцифрованих даних у комп'ютері. Так, стандартний знімок зі штучного супутника Землі США серії Ландсат (Landsat), що охоплює близько 30 000 км кв при номінальному розмірі піксела 30x30 м, складається з 35 млн пікселів (Star, Estes, 1990), що еквівалентно приблизно 35 Мб при записі у форматі 1:1.