Структурная схема ГИС

1.

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 местоуказание
и набор свойств (характеристик, атрибутов)

3. Некоторое множество цифровых данных о пространственных объектах образует пространственные данные.

Они состоят из двух взаимосвязанных частей:
• позиционной (тополого-геометрической),
• непозиционной (атрибутивной)
составляющих,
которые образуют описание пространственного
положения и тематического содержания
данных.

4. Базовыми (элементарными) типами пространственных объектов (примитивами), которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются:

• точка (точечный объект) — 0-мерный объект,
характеризуемый плановыми координатами;
• линия (линейный объект, полилиния) — 1-мерный
объект, образованный последовательностью не менее
двух точек с известными плановыми координатами
(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);

5. Базовыми (элементарными) типами пространственных объектов, которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются:

• 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;
• ячейка (регулярная ячейка) — 2-мерный объект, элемент
разбиения земной поверхности линиями регулярной сети;
• поверхность (рельеф) — 2-мерный объект, определяемый не
только плановыми координатами, но и аппликатой Z, которая
входит в число атрибутов образующих ее объектов; оболочка
тела;
• тело — 3-мерный (объемный) объект, описываемый тройкой
(триплетом) координат, включая аппликату Z, и ограниченный
поверхностями.

6.

Модель базы пространственных данных
Каждый тип реального объекта представляется
определенными пространственными объектами базы
данных.
Пространственные объекты могут быть
сгруппированы в слои, также называемые
оверлеями, покрытиями или темами.
Один слой может представлять одиночный тип
объекта или группу концептуально связанных типов.

7. Базовые структуры данных в ГИС

8.

Общие подходы к представлению
пространственных объектов в БД
растровый способ: пиксели; ячейки сети
векторный
способ: точки, линии, полигоны

9.

Растровая модель данных
Разбивает всю изучаемую территорию на элементы
регулярной сетки или ячейки
Каждая ячейка содержит только одно значение
Является
пространственно заполненной,
поскольку каждое местоположение на
изучаемой территории соответствует ячейке
растра, иными словами - растровая модель
оперирует элементарными местоположениями

10.

Форматы представления позиционной составляющей
Растровый формат данных
Номера столбцов
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
1
2
3
4
Номера строк
Растр (позиционная составляющая)

11.

Векторная модель данных
Основана на векторах (направленных отрезках
прямых)
Базовым примитивом является точка
Объекты создаются путем соединения точек
прямыми линиями или дугами
Площади определяются набором линий
Представляет собой объектноориентированную систему

12.

Форматы представления позиционной составляющей
Векторный формат данных
Населенные пункты
Речная сеть
Растительность
1: x1, y1
2: x2, y2
3: x3, y3
...
n: xn, yn
1: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4),
(x5, y5), (x6, y6)
2: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4)
...
n: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) ...
1: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4),
(x5, y5), (x6, y6), (x7, y7), (x8, y8),
(x9, y9), (x10, y10), (x11, y11), (x12,
y12), (x1, y1)
...
n: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) ... (x1,
y1)

13.

Характеристики растровых моделей:
Разрешение – минимальный линейный размер наименьшего участка
пространства или поверхности, отображаемый одним пикселем.
Значение – элемент информации, хранящийся в пикселе. В качестве типов
значений могут использоваться разные классы значений: цифровые, буквенные
и др. Например, 1 – класс незагрязненной среды; 2 – среда подвергнута
антропогенному загрязнению; 3 – зона экотоксикологической опасности.
Для отображения значения чаще всего используются заливка пикселя (цветом,
плотностью или узором).

14.

Растровый способ представления пространственных данных

15.

Векторный способ представления пространственных данных

16. Сопоставление растровой и векторной моделей данных

17. Сопоставление растровой и векторной моделей данных

Точность задания границ земельных
участков в растровой модели невысока,
т. к. соответствует размеру пикселя.
Поэтому для повышения точности
данных приходится существенно
увеличивать количество пикселей
Пример представления земельных
участков в векторной и растровой
модели данных

18. Преимущества

Растровая модель
• Растр не требует предварительного
знакомства с явлениями
• Данные собираются с равномерно
расположенной сети точек, что
позволяет на основе статистических
методов обработки получать
объективные характеристики
исследуемых объектов
• Простая структура данных
• Эффективные оверлейные операции
• Работа со сложными структурами
• Работа со снимками
Векторная модель
Экономичность
Топология
Много атрибутов
Качественная графика
Представление данных с
переменным шагом
• Легко проводятся
изменение масштаба,
повороты, растягивание и
другие операции

19. Недостатки

Растровая модель
• Размер пикселов является
фиксированным
• Размеры пиксельного изображения
можно увеличивать лишь кратно - в
два, три и т.д. раза
• Сложно рассчитать результирующий
цвет пикселя, который получается
при слиянии нескольких пикселей
разных цветов
• Проблемы разбиения сложного
изображения на произвольные
элементы для их раздельного
использования и редактирования
• Необходим большой объем памяти

20. Недостатки

Векторная модель
• Процессы векторизации алгоритмически
сложнее процессов растеризации
(сложность ввода)
• Сложность описания непрерывно
меняющихся величин

21.

Классификация растровых моделей
Собственно растровые
Регулярно-ячеистые

22.

Собственно растровые:
цифровое представление пространственных
объектов в виде совокупности ячеек растра
(пикселов) изображения на экране дисплея с
присвоенными им значениями класса объекта
Регулярно-ячеистое представление:
цифровое представление пространственных
объектов в виде совокупности ячеек регулярной
сети, т.е. двумерных пространственных
объектов, элементов разбиения линиями
регулярной сети земной поверхности, а не
изображения.

23. Ячейки характеризуются правильной геометрической формой (треугольник, четырехугольник, шестиугольник, сферическая или сфероидическая тр

Ячейки характеризуются правильной
геометрической формой (треугольник,
четырехугольник, шестиугольник,
сферическая или сфероидическая трапеция),
абсолютными размерами в линейной или
градусной мере и относительными
размерами (равновеликие, неравновеликие)
Эти размеры определяют пространственное
разрешение образующей регулярной сети.

24.

По структуре представления пространства
растровые модели делятся на :
Регулярные ( квадраты, треугольники,
шестиугольники)
Нерегулярные (треугольные сети
неправильной формы – TIN-модели;
полигоны Тиссена-Вороного)
Вложенные (квадротомическое дерево)

25. Регулярные мозаики

Регулярная треугольная
решетка
Разделение сферы на
равновеликие трапеции

26. Регулярные мозаики

Регулярная сеть картографической БД GRID 0.5
Австралийской национальной геоинформационной
системы ARIS

27. TIN-модель

Различные триангуляционные сети, построенные по одним и
тем же точкам
Критерий Делоне: а) критерий выполнен, б) критерий не выполнен

28.

Нерегулярная триангуляционная сеть
(ТIN)
Триангуляционная модель данных содержит 3
основных типа данных: узлы, ребра и треугольники

29. Триангуляционная модель поверхности Земли

30.

Триангуляция Делоне

31.

Диаграммы Вороного

32.

Диаграммы Вороного

33. Квадротомическое дерево

Исходный участок
территории с пятью
областями A, B, C, D и E
Декомпозиция
исходного участка на
квадранты (1-34)
Итоговое квадродерево
как графическая
иллюстрация
результатов
декомпозиции

34.

Классификация векторых моделей
Топологические (линейно-узловые)
Нетопологические (модель »спагетти»)

35.

Примитивы векторной топологической модели
Точка (промежуточная точка)
Отрезок (сегмент)
Узел
Дуга
Полигон (область):
Простой
Внутренний (остров, анклав)
Составной
Универсальный (внешняя область)

36. Описание полигона в векторной топологической модели – это множество трех элементов: узлов, дуг и собственно полигонов. Между этими объект

Описание полигона в векторной
топологической модели – это множество трех
элементов: узлов, дуг и собственно
полигонов.
Между этими объектами устанавливаются
некоторые топологические отношения,
необходимым элементом которых должна
быть связь дуг и узлов, полигонов и дуг.
Дугам приписываются указатели
разграничиваемых ею правого и левого
полигонов путем указания направления
обхода контуров

37.

Характеристики топологических моделей
Связанность контуров – это означает, что контуры
должны храниться не как совокупность отдельных точек, а
как взаимосвязанные друг с другом объекты, например,
имея карту автодорог, можно определить возможность
проехать из точки А в точку Б.
• Пересечение – информация о типах пересечений, которая
позволяет «строить» на картах автомобильные развязки,
мосты и др.
• Близость – показатель пространственной близости
линейных или полигональных объектов. Оценивается
числовым параметром.

38. Линейно-узловая (топологическая) модель

39.

Связь пространственной и атрибутивной части
данных в векторном представлении
полигонального слоя

40. Топологическое представление векторных объектов

41. Пример векторного представления пространственных объектов

42. Пример слоев, составленных из пространственных объектов линейного типа

43. Примеры слоев, составленных из пространственных объектов полигонального типа

44.

Примитивы векторной нетопологической модели
(модели «спагетти»)
Точка
Отрезок (сегмент)
Полигон (область)
В векторных нетопологических моделях все объекты
являются полностью независимыми друг от друга и могут
произвольно размещаться в пространстве
Пример данных типа «спагетти»

45.

Организация данных в ГИС
Деление объектов на слои производится так, чтобы в одном
слое
а) объекты были одной природы происхождения (дороги,
реки, здания)
б) объекты имели одинаковую топологическую структуру и
размерность

46.

47.

48.

Карта запасов подземных вод
Томской области