Модели пространственных данных. Понятие слоя, объекта
Модели пространственных данных
Информационную основу ГИС составляют цифровые представления (модели) реальности. С появлением компьютера данные разделились на два типа: цифровые и аналоговые. Последними стали именовать данные на традиционных «бумажных» носителях, используя этот термин как антоним цифровым данным. В отличие от аналоговой, цифровая форма представления, хранения и передачи данных реализуется в виде цифровых кодов или цифровых сигналов.
Рассматривая данные по отношению к описываемым ими объектам, говорят о цифровых моделях объектов, а применительно к пространственным объектам в ГИС – о цифровых моделях пространственных объектов. Цифровые по форме, по своей сути модели пространственных данных относятся к типу информационных моделей, отличных от реальных (например, физических), математических, мысленных или моделей особого типа, например картографических [2].
Объектом информационного моделирования в ГИС является пространственный объект. Это одно из ключевых понятий геоинформатики. Он может быть определен как цифровое представление (модель) объекта реальности (местности), содержащее его местоположение и набор свойств (характеристик, атрибутов), или сам этот объект [2].
Некоторое множество цифровых данных о пространственных объектах образует пространственные данные. Они состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционной и атрибутивной составляющих, которые образуют описание пространственного положения и тематического содержания данных.
Пространственные объекты, как абстрактные представления реальных объектов в ГИС, разнообразны и традиционно классифицируются соответственно пространственной локализации отображаемых ими объектов реальности или пространства, которое они образуют. Базовыми (элементарными) типами пространственных объектов, которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются (в скобках приведены их синонимы):
точка (точечный объект) – 0-мерный объект, характеризуемый плановыми координатами и высотой;
линия (линейный объект, полилиния) – 1-мерный объект, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами и высотами (линейными сегментами или дугами);
область (полигон, полигональный объект, контур, контурный объект) – 2-мерный (площадной) объект, внутренняя область, ограниченная замкнутой последовательностью линий (дуг в векторных топологических моделях (данных) или сегментов в модели «спагетти») и идентифицируемая внутренней точкой (меткой);
пиксел (пиксель, пэл) – 2-мерный объект, элемент цифрового изображения, наименьшая из его составляющих, получаемая в результате дискретизации изображения (разбиения на далее неделимые элементы растра);
элемент дискретизации координатной плоскости в растровой модели (данных) ГИС.
Общее цифровое описание пространственного объекта включает: наименование, указание местоположения, набор свойств, отношения с другими объектами [2, 3].
2.2. Понятие объекта
Рассмотрим типы информации применительно к картам. Основными типами информации для ГИС являются пространственные и тематические базы данных. Пространственная информация описывает расположение и очертание объектов местности. Тематическая информация содержит описания связей между объектами, их количественных и качественных характеристик [5].
Данные карты представляют из себя связанные объекты, состоящие из геометрических примитивов и их атрибутов. К ним относятся точки, линии и площади. Некоторые ГИС добавляют собственные примитивы, например, примитивы типа «спагетти».
Атрибуты – это числовые или символьные характеристики, содержащиеся в базе данных. Они могут относится как к примитивам, так и к объектам.
Совокупность атрибутов и примитивов образует простой объект. Совокупность простых объектов образует сложный или составной объект (рис. 2.1). Такой подход называется объектно-ориентированным, и современные ГИС основаны в основном на нем.
Все объекты и примитивы должны иметь свой номер, или идентификатор, при помощи которого можно привязать к графической информации тематическую (рис. 2.2). Использование идентификаторов открывает широкие возможности для просмотра и анализа. Пользователь может указать на объект курсором, и система определит его идентификатор, по которому найдет относящиеся к объекту одну или несколько баз данных и, наоборот, по информации в базе можно определить графический объект.
2.3. Понятие слоя
Физически геометрические примитивы хранятся как последовательность пар координат. Точке соответствует одна пара координат – x, y. Окружности и кривые показываются ломаными линиями. Прямая задается двумя парами координат, а площадь – как серия пар, которая образует замкнутый контур. При этом последняя точка должна иметь те же координаты, что и первая. Совокупность точек, линий и площадей образует цифровое представление карты (рис. 2.3).
Карта организована как набор слоев информации. Слой составляют объекты, объединенные одной темой, например, гидрография или населенные пункты. В некоторых ГИС в слое могут содержаться объекты одного типа: слои точек, слои линий, слои площадей.