Тема 10. Матричное и векторное представление данных
1.Оцифровка по квадратам регулярной сети, способы оцифровки точечных, линейных и площадных объектов матрично представлений.
2.Метод полигонов, набор графических элементов, способы оцифровкив векторном формате точечных линейных и площадных объектов, формирование контуров.
Цель лекции: Выбор сущностей, которые будут отображены в модели точечными объектами.
Ключевые слова: узел, дуга,точечные объекты
Точечные данные
Выбор сущностей, которые будут отображены в модели точечными объектами, зависит от масштаба карты, изученности территории и т.д. Например, на мелкомасштабных картах населенные пункты представлены точками, а на крупномасштабных – площадными объектами. В общем, условия, при которых сущность отображается точечным объектом, могут быть выражены следующими положениями:
- Пространственное расположение сущности важно;
- Метрические размеры сущности не важны;
- Размер объекта не выражается в масштабе модели.
Точечные объекты – самый простой тип пространственных объектов. Координаты каждой точки могут быть представлены парой дополнительных столбцов базы данных. В этом случае каждая строка – точка, вся информация о точке заключена в строке, столбцы, не содержащие ординат, - атрибуты. Точки не зависят друг от друга.
 |  |
Рис. 4. Точечные объекты.
Линейные данные
Линейными объектами представляются сущности, “не имеющие ширины, а лишь протяженность”. Линейные данные часто называют сетями.
Примеры сущностей, представляемых сетями: сети инфраструктуры, транспортные сети (автодороги и железные дороги), линии электропередачи, газопроводы и т.д. Естественные сети: речная сеть.
Объекты линейной сети состоят из узлов – мест, где линия заканчивается, прерывается, и дуг, соединяющих узлы.
Определение
Узел (Node, junction) - начальная точка (beginning point, start node) или конечная точка (ending point, end node) дуги в векторно-топологическом представлении (линейно-узловой модели) пространственных объектов типа линии или полигона; списки или таблицы. Узлы содержат атрибуты, устанавливающие топологическую связь со всеми замыкающимися в нем дугами; узлы, образованные пересечением двух и только двух дуг или замыканием на себя одной дуги, носят название псевдоузлов (Pseudo node).
Дуга (Arc, link) - 1. последовательность сегментов, имеющая начало и конец в узлах; элемент (примитив) векторно-топологических (линейно-узловых) представлений линейных и полигональных пространственных объектов (см. линия, полигон); 2. кривая, описываемая относительно множества точек некоторыми аналитическими функциями.
  0-D
| Точка | 1-D | Строка | ||
  0-D
| Узел | 1-D | Дуга | ||
  1-D
| Отрезок | 1-D | Направленная Дуга | ||
  1-D
| Сегмент | 1-D | Цепочка |
Рис. 5. Элементы линейной сети
Валентность узла – число дуг, связанных с узлом. Окончание линии имеет валентность 1, узлы с валентностью 4 часто встречаются в дорожных сетях, а с валентностью 3 – в сети рек.
Разновидностью сети является дерево, имеющее только один путь между парами узлов. Большинство речных сетей являются деревьями.
Примеры атрибутов дуг:
направление и объем трафика, время движения по дуге;
диаметр трубы, направление движения газа;
напряжение линии электропередачи, высота столбов.
Примеры атрибутов узлов:
названия пересекающихся в узле улиц;
количество трансформаторов на подстанции.
Некоторые атрибуты связаны с частями дуг: например, часть железнодорожной ветки (представленной дугой) может проходить внутри тоннеля.
Площадные данные
Границы контуров могут представлять различные природные феномены, такие, как озера, леса, крупные населенные пункты.
Сущности являются изолированными областями, возможно перекрывающимися. Любая точка может находиться внутри любого количества объектов. Объекты могут не полностью покрывать исследуемую область. Например, лесные пожары.
Любая точка должна находиться внутри одного объекта. Объекты полностью покрывают исследуемую область. Каждая линия границы разделяет два площадных объекта. Площадные объекты не могут пересекаться.
Любой слой первого типа может быть преобразован в слой второго типа: каждый площадной объект может теперь иметь любое число атрибутов.
Площадные объекты могут иметь «дыры», имеющие набор атрибутов, отличных от атрибутов основного объекта. Например, на реках есть острова.
Рис. 6. Сложные площадные объекты
МЕТОД ПОЛИГОНОВ, изучение процессов, явлений, объектов или систем на участках суши или моря, специально оборудованных для проведения различного рода полустационарных исследований в течение определенного промежутка времени.
Векторная модель данных - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координат с описанием только геометрии объектов, что соответствует нетопологическому векторному представлению линейных и полигональных объектов, или геометрии и топологических отношений (топологии) в виде векторно-топологического представления. Векторно-топологическое представление - линейно-узловое представление, разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологическое отношение между полигонами, дугами и узлами.
В отличие от занимающих все пространство растровых моделей векторные модели данных строятся на линиях, занимающих часть пространства. Это определяет основное преимущество векторных моделей, которое заключается в том, что им требуется на порядки меньшая память для хранения и меньшие затраты времени на обработку и представление.
При построении векторных моделей объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями, дугами, полилиниями. Площадные объекты в векторных моделях задаются наборами линий.
Геоинформационные системы, работающие с векторными моделями, получили название векторных ГИС.
Конечно в реальности имеют дело не с абстрактными линиями и точками, а с объектами, содержащими линии и ареалы, занимающими пространственное положение, а также со сложными взаимосвязями между ними. Поэтому полная векторная модель данных отображает пространственные данные как совокупность следующих основных частей:
- геометрические (метрические) объекты (точки, линии и полигоны);
- атрибуты признаки, связанные с объектами;
- связи между объектами.
Векторные модели отображают все типы координатных моделей: точечные, линейные, площадные. Напомним, что типы координатных моделей определяются через базовый элемент линия следующим образом.
Точка определяется как линия нулевой длины. Линия как линия конечной длины. Площадь представляется последовательностью связанных между собой линейных отрезков.
Векторные модели получают разными способами. Один из наиболее распространенных векторизация сканированных (растровых) изображений. Она заключается в выделении векторных объектов со сканированного изображения и получении их Р векторном формате. Другой способ построение модели в режиме редактирования.
Некоторые объекты являются векторными по определению, например, дороги, границы соответствующего земельного участка, границы районов и т.д. Поэтому векторные модели обычно используют для сбора данных о границах и протяженных линейных или сетевых объектах.
В векторной форме упрощаются операции анализа и проектирования. Например, анализ сети, разработка маршрутов движения по сети дорог, анализ интенсивности движения и пр.
Векторные модели могут иметь любую заданную ширину линий, включая нулевую. В этом их преимущество перед растровыми, в которых точечный или линейный объект должен занимать группу ячеек. Это создает зависимость размеров растрового объекта от величины растра.
Поэтому точность векторных данных выше, чем растровых, так как векторные данные могут кодироваться с любой мыслимой степенью точности, которая ограничивается лишь возможностями метода внутреннего представления координат. Обычно для представления векторных данных используется 8 или 16 десятичных знаков (одинарная или двойная точность).
Только некоторые классы данных, получаемых в процессе измерений, соответствуют точности векторных данных. Это данные, полученные точной съемкой (координатная геометрия), карты небольших участков, составленные по топографическим координатам и политические границы, определенные точной съемкой.
Не все природные явления имеют характерные четкие границы, которые можно представить в виде математически определенных линий. Это обусловлено динамикой явлений или способами сбора пространственной информации. Почвы, типы растительности, склоны, место обитания диких животных все эти объекты не имеют четких границ.
Поэтому для полного изучения явлений окружающей действительности нужно использовать как векторные так и растровые данные, используя их преимущества.
Контрольные вопросы:
1.Разновидность матричного ввода?
2.Сущность метода LEFT-RIGHT?
Литература
1. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Ленинград 1984 г
2. Cоколов В. Е., Базилевич Н. И. Теоретические основы и опыт экологического мониторинга. Москва - 1983 г.
3. Геосистемный мониторинг. Строение и функционирование геосистем.М.1986г