Материал: Использование геоинформационных технологий при прокладке трубопроводов. Кузнецов С.Н., Кузнецова Г.А

описывается относительно множества точек некоторыми аналитическими функциями (рис. 2).

Рис. 2. Элементы линейной сети

Валентность узла – число дуг, связанных с узлом. Окончание линии имеет валентность 1, узлы с валентностью 4 часто встречаются в дорожных сетях, а с валентностью 3 – в сети рек.

Разновидностью сети является дерево, имеющее только один путь между парами узлов. Большинство речных сетей являются деревьями.

Примеры атрибутов дуг:

•направление и объем трафика, время движения по дуге;

•диаметр трубы, направление движения газа;

•напряжение линии электропередачи, высота столбов. Примеры атрибутов узлов:

•названия пересекающихся в узле улиц;

•количество трансформаторов на подстанции.

Некоторые атрибуты связаны с частями дуг: например, часть

железнодорожной ветки (представленной дугой) может проходить внутри тоннеля. Границы контуров могут представлять различные природные феномены,

такие, как озера, леса, крупные населенные пункты.

Некоторые сущности не могут быть точно представлены в виде дискретных точек, линий или областей. Некоторые сущности непрерывно изменяются в пространстве. Поэтому есть объекты, которые наилучшим образом представляются в ГИС непрерывными поверхностями.

Примеры непрерывных поверхностей: рельеф, температура, давление, плотность населения.

Характеристиками поверхностей являются критические точки:

•пики и углубления – самые высокие и низкие точки;

•линии хребтов и низин – линии изменения знака угла наклона поверхности;

•проходы – место схождения двух хребтов или низин;

•дефекты – резкие изменения значения (например, утесы);

5

•фронты - резкие изменения угла наклона поверхности.

Впрограммном обеспечении современных геоинформационных систем нет стандартных методов представления поверхностей, поэтому поверхности представляются в виде точек, линий и областей.

Представление поверхностей в виде точек называется цифровой моделью местности и основано на выборке через регулярные интервалы значений с исследуемой поверхности. В результате получается матрица значений, называемая также растром, сеткой, решеткой. Многие цифровые модели местности создаются именно в таком виде и могут быть просто конвертированы в растровое изображение для визуализации (рис 3).

Рис. 3. Представление поверхностей регулярной сетью точек

Представление поверхностей в виде линейных объектов идентично тому, что мы видим на топографических картах и основано на использовании линейных объектов. Линии соединяют выборочные точки, имеющие одинаковые значения атрибута (рис. 4).

Рис. 4. Представление поверхностей изолиниями

Поверхности могут быть представлены площадными объектами, чаще всего треугольниками, так как эта фигура всегда выпуклая и лежит в одной плоскости. Представление поверхности набором треугольников называется триангуляцией. Выборочные точки являются вершинами треугольников; треугольники полностью покрывают исследуемую территорию. Выборочные

6

точки чаще всего располагаются в пиках и впадинах, вдоль линий хребтов и низин. Результатом являются узлы, соединенные дугами, и треугольники (рис. 5).

Рис. 5. Представление поверхностей триангуляционной сетью

При использовании непрерывных данных мы часто хотим знать значения атрибута вне точек, линий или вершин треугольника, представляющих поверхность. Эти значения вычисляются путем интерполяции по ближайшим точкам, в которых величина атрибута известна.

Поверхности обычно обладают одним атрибутом, но иногда могут иметь несколько (например, многозональные космические снимки). Каждая ячейка имеет одно значение на всей описываемой ею площади.

Контрольные вопросы

1.Как в геоинформационных системах связаны пространственные и атрибутные данные?

2.Предложите алгоритм триангуляции поверхности по выборочным значениям.

2.Векторные ГИС

Векторная модель данных основана на векторах (в противоположность покрывающим все пространство растровым структурам). Фундаментальным примитивом является точка. Объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями. Некоторые системы позволяют соединять точки дугами окружностей. Площадные объекты определяются как набор линий. Термин полигон является синонимом «площадного объекта» в силу использования прямых линий для соединения точек.

Векторные базы данных создаются для различных целей: векторная модель доминирует в транспортных задачах, коммуникациях, управлении и т.д. Для управления ресурсами используются как векторные, так и растровые ГИС. В векторной базе данных объекты собираются в единое целое посредством топологии.

7

Топология – раздел математики, позволяющий описывать связанность и отделимость точек или линий, определяющих взаимосвязи объектов в ГИС.

Топологические отношения являются одним из наиболее полезных видов отношений, поддерживаемых пространственными базами данных. Топологическая структура данных определяет, где и как точки и линии соединяются в узлах на карте. Порядок соединения определяет форму дуги или полигона.

Объекты и атрибуты позволяет описывать условия, существующие на карте или в реальности. Векторные объекты, используемые для описания пространственного изменения явления должны подчиняться некоторым простым правилам:

•два площадных объекта не должны перекрываться;

•каждая точка изучаемого пространства должна находиться внутри только одного площадного объекта (или на границе).

Если создаются или редактируются точки объектов слоя, топология

должна быть построена заново. Построение топологии включает в себя вычисление и кодирование взаимосвязей между точками, линиями и площадными объектами.

Хранящиеся в пространственной базе данных объекты могут быть отображены на дисплее компьютера по их точкам и дугам. Атрибуты и типы объектов показываются с использованием цветов, стилей линий и шаблонов заливки.

Часто бывает необходимо выбрать по какому-то признаку и отобразить часть информации, хранящейся в пространственной базе данных. Например, вывести на дисплей слой промышленного использования земель на топографической основе.

Некоторые ГИС используют для выборки язык запросов sql. Эта операция часто применяется в работе с площадными объектами. Объекты собираются вместе на основе атрибутов. Например, карта почв (рис. 6) содержит площадные объекты, имеющие атрибуты «тип почвы» (a, b, c) и «потенциал роста» (d и f) .

Рис. 6. Переклассификация объектов

8

Контрольные вопросы

1.Для чего применяется переклассификация объектов?

2.Что такое «топологические отношения»?

3. Геоинформационная система ArcView

Геоинформационная система ArcView разработана в Институте исследования систем окружающей среды (ESRI, США) и предназначена для сбора, хранения, о б- работки и визуализации пространственно привязанной информации.

ГИС ArcView имеет модульное строение (рис. 7), то есть имеет ядро, к которому могут подключаться различные функциональные модули.

Ядро универсальной ГИС ArcView содержит следующие компоненты:

• система управления пространственными данными;

• система управления базами данных;

•система построения диаграмм и графиков;

•система подготовки макетов карт к печати;

• язык программирования Avenue.

Система управления пространственными данными позволяет создавать, редактировать, визуализировать и представлять в различных картографических проекциях про-

странственные данные, выполнять пространственные запросы. ArcView может работать с несколькими наборами географических данных в интерактивных картах, называемых «Видами».

Система управления базами данных позволяет создавать и редактировать атрибутивные данные, устанавливать реляционные отношения между различными таблицами, связываться с внешними базами данных, а так же выполнять различные запросы по атрибутивным данным.

Система построения диаграмм и графиков позволяет проводить построение различных диаграмм и графиков по атрибутивным данным.

Система подготовки макетов карт к печати позволяет проводить сборку картографической, атрибутивной и графической информации на один лист и выводить полученный макет на печать.

Встроенный язык программирования Avenue высокого уровня позволяет пользователю создать свой собственный интерфейс, программно представлять имеющиеся наборы данных, разрабатывать собственные алгоритмы обработки пространственной и атрибутивной информации.

9