Модель геометрической компоненты ГИС

В качестве слоя ГИС могут выступать данные растровом (сеточном) представлении (рис. 38), в векторном представлении (рис. 39, 40) в том числе в виде триангуляционной сети.

Нерегулярная триангуляционная сеть (рис.39, 40)

-основана на триангуляции множества точек методом Делоне;

-позволяет создавать граневые модели поверхностей;

-позволяет проводить пространственный анализ: расчет видимости, направление стоков, создание изолиний;

-производить расчеты: объемы насыпей, выемок;

Достоинство – экономное использование памяти при гарантированной точности:

-для зон с изрезанным рельефом – больше граней,

-для зон с гладким рельефом – меньше.

 

а)                                            б)

Рис. 38. Данные представлены растровой моделью (а); векторной моделью (б)

 

а)                                                         б)

Рис. 39. Данные конвертированы в векторный формат:

а - нетопологическая модель площадных объектов; б - триангуляционная сеть

 

ГИС на основе растровой модели представления данных (рис. 41) (регулярно-ячеистое представление и квадротомическое представление). В таких ГИС цифровое представление географических объектов формируется в виде совокупности ячеек растра (пикселей) с присвоенным им значением класса объекта.

Преимущества использования растровой модели:

1. Картографические проекции просты и точны, т.е. любой объект неправильной формы описывается с точностью до одной ячейки растра.

2. Непосредственное соединение в одну картину снимков дистанционного зондирования (спутниковые изображения или отсканированные аэрофотоснимки).

3. Поддерживает большое разнообразие комплексных пространственных исследований.

4. Программное обеспечение для растровых ГИС легче освоить и оно более дешевое, чем для векторных ГИС.

ГИС на основе векторной модели (рис. 42) представления данных (векторно-топологическое представление и векторно-нетопологическое). В этом случае цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов осуществляется в виде набора координатных чисел.

 

Рис. 40. Граневая модель поверхности: Сибирские увалы, отмывка

 

Рис. 41. ГИС на основе растровой модели представления данных:

1 – жилой район, 2 – водоем, 3 – сельскохозяйственные земли

 

Преимущества использования векторной модели:

1. Хорошее визуальное представление географических ландшафтов.

2. Топология местности может быть детально описана, включая телекоммуникации, линии электропередач, газо- и нефтетрубопроводы, канализационную систему.

3. Превосходная графика, методы которой детально моделируют реальные объекты.

4. Отсутствие растеризации (зернистости) графических объектов при масштабировании зоны просмотра.

 

Рис. 42. ГИС на основе векторной модели представления данных

1 – жилой район, 2 – водоем, 3 – сельскохозяйственные земли

 

Данные в векторных ГИС включают в себя следующие типы объектов (рис. 43):

Безразмерные объекты.

Точка – указывает геометрическое местоположение, совокупность точечных объектов образует точечный слой.

Узел – представляет собой топологический переход или конечную точку, которая также может определять местоположение.

Одномерные объекты.

Линия – одномерный объект, не имеющий опорных точек.

Линейный сегмент – прямая линия, соединяющая две точки (отрезок).

Строка – это последовательность прямолинейных сегментов.

Дуга – последовательность сегментов, имеющая начало и конец в узлах.

Связь – осуществляет соединение между двумя узлами.

Направленная связь – связь, возникающая в одном определенном направлении.

Цепочка – это направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов или дуг с узлами на своих концах.

Кольцо – представляет собой последовательность непересекающихся цепочек, строк, связей или замкнутых дуг.

Трехмерные объекты.

Объемная фигура – геометрическое тело (куб, параллелепипед, сфера), имеющее три измерения (длину, ширину, высоту).

 

 

Рис. 43. Геометрические классы данных

 

Двумерные объекты.

Область – определяется как ограниченный непрерывный объект, который может иметь либо нет собственную границу.

Внутренняя область – это область, которая не имеет собственную границу.

Полигон (син. многоугольник, полигональный объект, контур, контурный объект, область) – двумерный (площадной) объект, у которого внутренняя область образованна замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях. Совокупность полигонов образует полигональный слой.

Пиксель – это самый малый неделимый элемент изображения.

Каждому объекту слоя присваивается свой уникальный номер - идентификатор (ID). ID присваивается автоматически или назначается пользователем и служит для связи позиционной и непозиционной части пространственных данных.

Формирование топологии включает определение и кодирование взаимоотношений между точечными, линейными и полигональными объектами (рис. 44).

 

Рис. 44. Взаимосвязь между объектами различных типов

 

Применение полигональных линий для указания областей, имеющих схожие параметры (изолинии) (рис. 45).

 

 

Рис. 45. Применение изолинии

Символьный класс данных (рис. 46) используется для обозначения городов, строений, природных объектов (горные вершины, водные источники, заповедники, места обитания животных).

 

 

Рис. 46. Символьный класс данных

 

Принципы организации информации в ГИС в виде векторной модели (рис. 47). Любой графический объект можно представить как набор геометрических примитивов с определенными координатами вершин, которые могут исчисляться в любой системе координат. Геометрические примитивы в разных ГИС различаются, но базовыми являются точка, линия, дуга, полигон.

Расположение точечного объекта (населенный пункт) можно описать парой координат (x, y). Такие объекты, как река, ЛЭП, водопровод описываются набором координат (x ₁, y ₁; …; x_n, y_n). Площадные объекты типа речных бассейнов, сельхоз угодий или избирательных участков представляются в виде замкнутого набора координат (x ₁, y ₁; … x_n, y_n; x ₁, y ₁). Векторная модель наиболее пригодна для описания отдельных объектов и не подходит для отражения непрерывно изменяющихся параметров.

 

Рис. 47. Организация информации в ГИС в виде векторной модели представления данных

 

Кроме координатной информации об объектах в географической базы данных (БД) может храниться информация о внешнем оформлении этих объектов. Это может быть толщина, цвет и тип линий, тип и цвет штриховки полигонального объекта, толщина, цвет и тип его границ. Каждому геометрическому примитиву сопоставляется атрибутивная информация, описывающая его количественные и качественные характеристики. Она хранится в полях табличных баз данных, которые предназначены для хранения информации разных типов: текстовая, числовая, графическая, видео, аудио.

Семейство геометрических примитивов и его атрибутов (описаний) образует простой объект. Современные объектно-ориентированные ГИС работают с целыми классами и семействами объектов, что позволяет пользователю получать более полное представление о свойствах этих объектов и присущих им закономерностях.