Тема 5. Моделі просторових даних в ГІС

Просторова інформація у векторних форматах зберігається у вигляді x, y координат у прямокутній системі координат. Місцезнаходження кожного об’єкта на карті описується рівнянням

F = f (x, y, z, n1, n2….),

де x, y –координати точок, які визначають положення об’єкта;

z – висота об’єкта над рівнем моря;

n1, n2 … - атрибутивні дані об’єкта.

У наш час відомо багато різних векторних форматів подання даних (моделей даних), які призначені для зберігання цифрової картографічної інформації. Усі вони відрізняються один від одного складністю обраних моделей подання даних, і відповідно, можливостями їх використання, маніпулювання й аналізу. У найпростіших міститься інформація тільки про геометричні зв’язки об’єктів, у більш складних додається інформація про топологічні сутності об’єктів і їхні атрибути.

Дискретні об'єкти та безперервні поля величин представляють за допомогою сукупності геометричних фігур — векторних об'єктів. Найпоширенішими типами векторних об'єктів є:

·         Точки — Використовуються для позначення географічних об'єктів, для яких важливо розташування, а не їхня форма або розміри. Можливість позначення об'єкта точкою залежить від масштабу карти. У той час як на карті світу міста доцільно позначати точковими об'єктами, то на мапі міста саме місто представляється у вигляді безлічі об'єктів. У ГІС точковий об'єкт зображується у вигляді деякої геометричної фігури невеликих розмірів (квадратик, гурток, хрестик), або піктограмою, що передає тип реального об'єкта.

·         Полілінії — Призначені для зображення лінійних об'єктів. Полілінія — ламана лінія, складена з відрізків прямих. Полілінією зображуються дороги, залізничні колії, річки, вулиці, водопровід. Допустимість зображення об'єктів полілінією також залежить від масштабу карти. Наприклад, велика річка в масштабах континенту цілком може зображуватися лінійним об'єктом, тоді як вже в масштабах міста потрібно її зображати просторовим об'єктом. Характеристикою лінійного об'єкта є довжина.

·         Багатокутники (многокутники чи полігони) — Призначені для позначення просторових об'єктів з чіткими кордонами. Прикладами можуть виступати озера, парки, будівлі, країни, континенти. Характеризуються площею і довжиною периметра.

Векторні дані добре підходять для передачі інформації про дискретні географічні об'єкти, але можуть описувати також безперервні поля величин. Поля при цьому зображуються у вигляді ізоліній або контурних ліній. Одним із способів подання рельєфу є нерегулярна тріангуляційна сітка. Така сітка формується безліччю точок з прив'язаними значеннями (в даному випадку висота). Значення в довільній точці всередині сітки виходять шляхом інтерполяції значень у вузлах трикутника, в який потрапляє ця точка.

При побудові ГІС застосовують набір базових геометричних даних, з яких потім компонують інші більш складні дані. У ГІС використовуються такі типи атомарних геометричних даних:

·         точка (вузол, вершина);

·         лінія незамкнута;

·         контур (лінія замкнута);

·         полігон (ареал, район) - група прилеглих один до одного замкнутих ділянок;

·         просторова мережа (розвиток типу «полігон»).

Складні типи даних у ГІС: а) міські квартали у вигляді полігональних об’єктів;

б – полігональний об’єкт із регіонами виключення; в – полілінія; г – мультиточковий об’єкт

На практиці з цих атомарних моделей формуються складні складові моделі. У різних ГІС вони відрізняються, тому як приклад будемо надалі розглядати моделі ГІС Географ (GeoGraph). Основні елементи промислового пакета Географ наступні (рис. 2.14):

1. Точка - геометричний об'єкт, заданий парою координат Х і У.

2. Відрізок - лінія, що з'єднує дві точки.

3. Вершина (вертекс) - початкова або кінцева точка відрізка.

4. Дуга (полілінія) - впорядкований набір зв'язкових відрізків.

5. Вузол - початкова або кінцева вершина дуги.

6. Символ із вузол - вузол, що належить тільки однієї дузі, у якої початкова та кінцева вершини не збігаються.

7. Псевдовузол - вузол, що належить двом дуг або однієї замкнутої дузі, у якої початкова та кінцева вершини збігаються (вузол, при проходженні якого немає альтернативи вибору подальшого шляху).

8. Нормальний вузол - вузол, що належить трьом або більше дуг, або вузол, що належить двом дуг, одна з яких самозамкнутості на цьому вузлі, а друга примикає до нього (вузол, при проходженні якого є можливість вибору подальшого шляху).

9. Замкнута дуга - дуга, у якої збігаються початкова та кінцева вершини (дуга, у якої є тільки один вузол).

10. Полігон - область, обмежена замкнутою дугою або впорядкованим набором пов'язаних дуг, які утворюють замкнутий контур.

11. Покриття - набір файлів, які фіксують у вигляді цифрових записів просторові об'єкти і структуру відносин між ними.

12. Порожнє покриття - покриття, на якому відсутні просторові об'єкти.

13. Шар - покриття, що розглядається в контексті його змістовної визначеності (рельєф, рослинність та ін.)

14. Внутрішній ідентифікатор просторового об'єкта - ціле число, що є службовим ідентифікатором об'єкта (унікальне ім'я для кожного об'єкта даного покриття, яка призначається автоматично в процесі роботи редактора).

15. Користувальницький ідентифікатор просторового об'єкта - ціле число, що служить для зв'язку об'єктів цифрової карти з таблицями тематичних даних.