13. Графическое представление пространственной информации гис

Существуют два основных метода представления географического пространства. Первый метод использует квантование, или разбиение пространства на множество эле-ментов, каждый из которых представляет малую, но вполне определенную часть земной поверхности. Этот растровый метод может использовать элементы любой подходящей геометрической формы при условии, что они могут быть соединены для образования сплошной поверхности, представляющей все пространство изучаемой области. Хотя возможны многие формы элементов растра, например, треугольная или шестиугольная, обычно проще использовать прямоугольники, а еще лучше - квадраты, которые называ-ются ячейками. В растровых моделях ячейки одинаковы по размеру, но это не является обязательным требованием для разбиения пространства на элементы, которое не выпол-няется в не очень широко используемом подходе, называемом квадродеревом.

Растровые структуры данных не обеспечивают точной информации о местополо-жении, поскольку географическое пространство поделено на дискретные ячейки конеч-ного размера. Вместо точных координат точек мы имеем отдельные ячейки растра, в ко-торых эти точки находятся. Это еще одна форма изменения пространственной мерности, которая состоит в том, что мы изображаем объект, не имеющий измерений (точку), с помощью объекта (ячейки), имеющего длину и ширину. Линии, то есть одномерные объекты, изображаются как цепочки соединенных ячеек. Каждая точка линии представ-ляется ячейкой растра, и каждая точка линии должна находиться где-то внутри одной из ячеек растра.

В растровых системах есть два способа включения атрибутивной информации об объектах. Простейшим является присваивание значение атрибута каждой ячейке растра Распределяя эти значения, мы в конечном итоге позволяем позициям значений атрибу-тов играть роль местоположений объектов. Например, если числом 10 мы представляем водную поверхность, и записываем его в левую верхнюю ячейку растра, то по умолча-нию эта ячейка является участком земной поверхности, представляющим воду. Таким образом мы можем каждой ячейке на данной карте присвоить только одно значение ат-рибута. Альтернативный подход, а на самом деле, - расширение только что описанного, состоит в связывании каждой ячейки растра с базой данных. Этот подход становится все более преобладающим, так как он уменьшает объем хранимых данных и может обеспе-чивать связь с другими структурами данных, которые также используют СУБД для хра-нения и поиска данных.

Растровые структуры данных могут показаться плохими из-за отсутствия точной информации о местоположении. На самом деле верно обратное. Растровые структуры имеют много преимуществ перед другими. В частности, они относительно легко пони-маются как метод представления пространства. Например, телевидение использует то же растровое представление изображений в виде набора точек (пикселов). Еще одной замечательной характеристикой растровых систем является то, что, многие функции, особенно связанные с операциями с поверхностями и наложением, легко пополняются на этом типе структур данных.

Второй метод представления географического пространства, называемый вектор-ным, позволяет задавать точные пространственные координаты явным образом. Здесь подразумевается, что географическое пространство является непрерывным, а не разде-ленным на дискретные ячейки. Это достигается приписыванием точкам пары координат (X и Y) координатного пространства, линиям - связной последовательности пар коор-динат их вершин, областям - замкнутой последовательности соединенных линий, на-чальная и конечная точки которой совпадают. Таким образом видно, что хотя векторные структуры данных лучше представляют положения объектов в пространстве, они не абсолютно точны. Они все же являются приближенным изображением географического пространства.

В то время, как растровые и векторные структуры данных дают средства отобра-жения отдельных пространственных феноменов на отдельных картах, все же существует необходимость разработки более сложных подходов, называемых моделями данных, для включения в базу данных взаимоотношений объектов, связывания объектов и их атри-бутов, обеспечения совместного анализа нескольких слоев карты. Вначале рассмотрим растровые модели, затем - векторные.

2.6.1 Растровые модели.

Как говорилось выше, в растровых структурах данных каждая ячейка связана с одним значением атрибута. Для создания растровой тематической карты собираются данные об определенной теме в форме двухмерного массива ячеек, где каждая ячейка представляет атрибут отдельной темы. Такой двухмерный массив называется покрыти-ем (coverage). Покрытия используют для представления различных типов тематических данных (землепользование, растительность. тип почвы, поверхностная геология, гидро-логия и т.д.). Кроме того, этот подход позволяет фокусировать внимание на объектах, распределениях и взаимосвязях тем без ненужной путаницы. Чаще всего создается отдельное покрытие для каждой дополнительной темы. Можно сложить эти покрытия на-подобие слоеного пирога, в котором сочетание всех тем может адекватно моделировать все необходимые характеристики области изучения.

Существует несколько способов хранения и адресации значений отдельных ячеек растра, их атрибутов, названий покрытий и легенд. Среди первых попыток можно упо-мянуть подход под названием GRID/LUNR/ MAGI, все ранние растровые ГИС исполь-зовали именно его. В этой модели каждая ячейка содержит все атрибуты вроде верти-кального столбика значений, где каждое значение относится к отдельной теме. Преиму-ществом, конечно, является то, что относительно легко выполняется вычислительное сравнение многих тем или покрытий для каждой ячейки растра. Но в то же время, не-удобно сравнивать группы ячеек одного покрытия с группами ячеек другого покрытия, поскольку каждая ячейка должна адресоваться индивидуально.

2.6.2 Векторные модели.

Векторные структуры данных дают представление географического пространства более интуитивно понятным способом и очевидно больше напоминают хорошо извест-ные бумажные карты. Существуют несколько способов объединения векторных струк-тур данных в векторную модель данных, позволяющую исследовать взаимосвязи между показателями внутри одного покрытия или между разными покрытиями. На пример спа-гетти-модель, топологическая модель и кодирование цепочек векторов.

Простейшей векторной структурой данных является спагетти-модель, приведенная на рисунке 2.7, которая по сути переводит "один в один" графическое изображение карты. Возможно, она представляется как наиболее естественная или наиболее логич-ная, в основном потому, что карта реализуется как умозрительная модель. Хотя назва-ние звучит несколько странно, оно на самом деле весьма точно по сути. Если предста-вить себе покрытие каждого графического объекта нашей бумажной карты кусочком (одним или несколькими) макарон, то вы получите достаточно точное изображение то-го, как эта модель работает. Каждый кусочек действует как один примитив: очень ко-роткие - для точек, более длинные - для отрезков прямых, наборы отрезков, соеди-ненных концами, - для границ областей. Каждый примитив - одна логическая запись в компьютере, записанная как строки переменной длины пар координат (X,Y).