 |
Глава 2. Модели пространственных данных
|
|
|
|
Классификация моделей
В основе геоинформационных систем лежат различные модели данных, являющиеся отражением реальных сущностей на местности, отношений между ними и других дополнительных знаний, имеющих пространственную привязку. Каждая модель данных ГИС включает в себя различные отдельные пространственные объекты, связанные между собой дополнительными топологическими отношениями.
Определение. Пространственный объект (цифровая модель объекта местности) – цифровое представление некоторого объекта реальности, включающее координатную привязку и набор атрибутов (текстовых и числовых характеристик) набор атрибутовъекта местностиреальности, имеющих координатную привязку.и внутренней).
В современных ГИС обычно используются следующие базовые типы пространственных объектов (рис. 2.1):
Рис. 2.1. Базовые типы пространственных объектов
Векторные объекты (используются в нетопологической и топологической моделях данных):
1. Точки – 0-мерные (точечные) объекты, характеризуемые координатами на плоскости или в пространстве.
2. Мультиточки – 0-мерные (точечные) объекты, состоящие из нескольких (не менее одной) точек. Этот тип объектов является обобщением типа «Точки».
3. Линии (полилинии, полиполилинии) – 1-мерные (линейные) объекты, состоящие из последовательности (не менее двух) точек, соединённых между собой отрезками (сегментами, дугами). Заметим, что не все последовательные точки могут соединяться между собой отрезками, а потому объекты данного типа могут иметь разрывы, т.е. быть топологически несвязанными. Топологически связанные линии обычно называют полилиниями, а несвязанные – полиполилиниями.
|
|
|
4. Полигоны (области, регионы) – 2-мерные (площадные) объекты, состоящие из нескольких (не менее одного) контуров, заданных в виде последовательности замкнутых линий, и частей плоскости внутри контуров.
Вышеприведенные типы векторных фигур называют простыми в противовес следующим:
5. Сложные фигуры (фигуры оформления, объекты САПР) – разнообразные 0-, 1-, 2- и 3-мерные фигуры, используемые в ГИС для оформления. При этом на практике используются прямоугольники, эллипсы, дуги эллипса, сплайны, внедренные изображения ( в виде растров и метафайлов), OLE-объекты, различные текстовые надписи, указатели, размерные линии, а также специальные объекты для оформления карт в ГИС (масштабные линейки, стрелки направления на север, легенды карты, фрагменты других карт).
При выполнении операций пространственного анализа (построение оверлеев, буферных зон, анализ близости) с использованием сложных фигур вначале выполняется их преобразование к простым типам.
Ячеистые элементы (элементы растровых, регулярных и нерегулярных моделей):
6. Пиксели – 2-мерные (площадные) прямоугольные объекты, являющиеся элементами регулярной прямоугольной решетки в растровой модели данных.
7. Ячейки – 2-мерные (площадные) объекты, являющиеся элементами регулярного разбиения в модели регулярной сети.
8. Треугольники – 2-мерные (площадные) объекты, являющиеся элементами разбиения поверхности на треугольники в нерегулярной модели триангуляции.
Определение. Модель данных – способ описания однотипных пространственных объектов, включающий способ описания отдельных объектов, топологических отношений между ними, а также дополнительных знаний о всей совокупности объектов в модели.
Все множество моделей пространственных данных делится на две большие группы (рис. 2.2).
Векторные модели предназначены для описания совокупностей отдельных объектов, например, границ рек, озер, контуров зданий, осей дорог и инженерных коммуникаций. В векторных моделях каждый объект задается некоторым набором координат на плоскости или в пространстве, а также совокупностью атрибутов.
|
|
|
Рис. 2.2. Модели пространственных данных
В векторных нетопологических моделях все объекты являются полностью независимыми друг от друга и могут произвольно размещаться в пространстве.
Векторные топологические модели состоят из собственно описания отдельных объектов, а также из описаний топологии – отношений отдельных объектов между собой. Наиболее распространенными топологическими моделями являются линейно-узловая модель (покрытие) и транспортная сеть.
Ячеистые модели описывают непрерывные поля данных, такие как фотоснимки местности, поля загрязнений окружающей среды, высотных отметок (рельеф). В ячеистых моделях некоторый участок территории неразрывно разбивается на одинаковые (прямоугольники в растровой или треугольники в регулярной модели) или различные фрагменты (треугольники в нерегулярной триангуляционной модели), каждый из которых описывается своим набором атрибутов.
В геоинформационных системах все данные организуются в логические группы (тематические), называемые слоями, которые, в свою очередь, группируются в карты.
Определение. Слой карты (тема) – совокупность однотипных пространственных объектов, определенных в одной модели данных на общей территории и в общей системе координат.
Определение. Карта в ГИС – совокупность различных слоёв, определенных на общей территории и в общей системе координат.
В заключение этого раздела рассмотрим еще несколько важнейших понятий.
Определение. Цифровая модель местности (ЦММ) – математическая модель местности, состоящая из множества наборов пространственных данных, описывающих различные виды сущностей и знаний о земле.
ЦММ соответствует объектному составу топографических карт и планов и включает в себя описание формы рельефа земли, природных и антропогенных объектов и сооружений.
Определение. Цифровая карта – математическая модель графического изображения бумажных карт, общепринятых в картографии. В некотором смысле цифровая карта является упрощенным представлением ЦММ, включая в себя только те данные по объектам местности, которые непосредственно отображаются на карте.
|
|
|
Определение. Цифровая модель рельефа (ЦМР) – часть цифровой модели местности, описывающая форму земной поверхности. ЦМР в геоинформационных системах моделируется с помощью ячеистых моделей данных, называемых обычно DEM (регулярная сеть высот) и TIN (нерегулярная триангуляционная сеть).
В геоинформационных системах ЦММ, цифровые карты и ЦМР являются частью соответствующих карт и представляются в виде совокупности слоёв.
|
|
|
