Александр Грачев - Информационные технологии в экологии и природопользовании

ГИС использует разнообразные данные об объектах, характеристиках земной поверхности, информацию о формах и связях между объектами, различные описательные сведения. Используя приемы генерализации и абстракции, необходимо свести множество данных к конечному объему, легко поддающемуся анализу и управлению.

Абстракция –отвлечение в процессе познания от несущественных сторон, свойств, связей предмета или явления с целью выделения их существенных, закономерных признаков.

Генерализация –процесс отбора и обобщения содержания при составлении географических карт.

Генерализация проявляется:

– в отборе объектов (т. е. в ограничении содержания карты необходимыми объектами и в исключении прочих);

– в продуманном упрощении контуров;

– в обобщении количественных характеристик, состоящем в укрупнении ступеней;

– в обобщении качественных характеристик, состоящем в упрощении классификаций изображаемых явлений;

– в замене отдельных объектов их собирательными обозначениями.

В существующих ГИС используются различные способы для описания реальности посредством модели данных. Модель пространственных данных –способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных. Наиболее универсальные и употребительные из них: векторное (топологическое или нетопологическое) и растровое представление.

Каждая модель более пригодна для определенных типов данных и областей применения, поэтому при необходимости решения большого числа задач следует использовать совокупность разных моделей. Модель пространственных данных должна обладать следующими основными качествами: целостность, непротиворечивость и оптимальность.

Цифровая карта может быть организована как множество слоев. Слои построены на основе объединения (типизации) пространственных объектов, имеющих общие свойства:

– принадлежность к одному типу координатных объектов (точечные, линейные, полигональные);

– принадлежность к одному типу пространственных объектов (жилые здания, подземные коммуникации, административные границы и т. д.);

– отображение на карте одним цветом.

Принадлежность объекта или части объекта к слою позволяет использовать и добавлять групповые свойства объектам данного слоя.

Слои могут иметь как векторные, так и растровые форматы. Однако многие ГИС допускают возможность работы со слоями только векторного типа, а растр используется в качестве подложки.

Рис. 1. Послойная структура электронной карты

С помощью системы фильтров или заданных параметров объекты, принадлежащие слою, могут быть одновременно масштабированы, перемещены, скопированы, записаны в базу данных.

Многослойная организация электронной карты при наличии гибкого механизма управления слоями позволяет не только объединить и отобразить большее количество информации, чем на обычной карте, но существенно упростить анализ картографических данных с помощью селекции данных, необходимых для визуализации и механизма «прозрачности» цифровой карты.

Рис. 2. Различные виды выборок

Над объектами, расположенными на разных слоях, можно проводить оверлейные операции.Оверлейными операциями называется процесс генерации новых и изменения существующих объектов путем наложения (совмещения) различных цифровых карт, содержащих разнотипные объекты, при этом созданные или модифицированные объекты могут иметь информацию, являющуюся производной от информации исходных объектов. Например, если имеются два полигональных объекта, которые частично пересекаются, то над ними могут быть осуществлены операции объединения, пересечения и т. п.

Рис. 3. Оверлейные операции

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).

Базовыми (элементарными) типами пространственных объектов, которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются следующие (в скобках приведены их синонимы):

– 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);

– полигон(область, контур) – 2-мерный (площадной) объект, внутренняя область, ограниченная замкнутой последовательностью линий (дуг в векторных топологических моделях данных или сегментов в нетопологической модели) и идентифицируемая внутренней меткой;

– пиксел(пиксель) – 2-мерный объект, наименьший элемент, получаемый в результате дискретизации изображения (разбиения на далее неделимые элементы растра);

– ячейка(регулярная ячейка) – 2-мерный объект, элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети;

Общее цифровое описание пространственного объекта включает:

– наименование;

– указание местоположения;

– набор свойств;

– отношения с иными объектами.

Наименованием объекта служит его географическое наименование, его условный код и/или идентификатор, присваиваемый пользователем или назначаемый системой.

В зависимости от типа объекта его местоположение определяется парой (триплетом) координат (для точечного объекта) или набором координат, организованным определенным образом в рамках некоторой модели данных. Перечень свойств соответствует атрибутам объекта, качественным и количественным его характеристикам. Атрибуту объекта могут быть поставлены в соответствие любые типы данных: текст, видео- или аудиозапись, графика (включая карту), что реализуется на практике в мультимедийных электронных атласах.

Под отношениями понимают прежде всего топологические отношения(топологию). К топологическим свойствам пространственного объекта принято относить его размерность, замкнутость, связность, простоту (отсутствие самопересечения линейных объектов и «островов» в полигоне) и т. п. Примерами топологических отношений объектов являются их свойства «пересекаться», «касаться», «быть внутри», «содержать», «совпадать».