Pe HaiSaRadem.ro vei gasi bancuri, glume, imagini, video, fun, bancuri online, bancuri tari, imagini haioase, videoclipuri haioase, distractie online. Nu ne crede pe cuvant, intra pe HaiSaRadem.ro ca sa te convingi. |
Toate datele geografice pot fi reduse la trei concepte topologice de bază -- punctul, linia si zona. O inscriptie sau o denumire este de asemenea necesară pentru a identifica entitatea de pe hartă sau din teren.
O hartă este o multime de puncte (obiecte punctuale), linii (obiecte liniare) si zone (obiecte areale), care sunt definite prin pozitie si prin atributele sau datele tematice.
Legenda hărtii sau atlasul de semne conventionale si inscriptii constituie cheia ce leagă atributele nonspatiale de entitătile spatiale. Culorile, simbolurile si hasurile sunt folosite pentru a afisa vizual informatia nonspatială.
Datele hărtii sunt memorate în calculator în forma de fisiere, care, la solicitarea unor date din acestea, datele trebuie sa fie regasite si furnizate rapid. Pentru aceasta, organizarea elementelor de date din fisiere este foarte importantă. Sunt folosite sisteme de gestiune a bazelor de date (SGBD) pentru a controla introducerea, actualizarea, iesirea, memorarea si regăsirea datelor, .
Există trei tipuri de fisiere : fisiere listă simplă, secvential si indexat. O listă simpla este nestructurata si pot fi adăugate noi înregistrări, prin plasarea lor la sfărsitul listei. Timpul de căutare a unei inregistrări este mare. Este citită fiecare înregistrare până se ajunge la cea căutată. Fisierele secventiale sunt structurate ca un dictionar sau o carte de telefon. Noile înregistrări sau articole sunt adăugate prin înserare la locul potrivit din listă. Sunt folosite tehnici de căutare binară (vezi jocul de găsire a unui număr prin înjumătătirea intervalului - "divide et impera"). Atributul cheie în acest sistem este sirul de caractere. Fisierele indexate constau din liste în acces direct, liste circulare, liste circulare indexate, liste inverse etc.
O BD constă din mai multe liste de date. Pentru a putea accesa usor datele din unul sau mai multe liste, este necesar sa existe un anumit tip de structură. Există trei tipuri de structuri: ierarhică, retea si relatională.
Sistemele ierarhice au o relatie părinte/fiu, sunt usor de înteles, actualizat si mărit sau expandat. Acestea lucrează bine dacă structura tuturor interogărilor posibile este cunoscută dinainte, de exemplu bibliografia. Dezavantajele includ nevoia de fisiere de index mari, cu anumite valori de atribute repetate de mai multe ori, ducând la redundanta datelor si spatiu de memorare mare, respectiv costuri mari de access.
Sistemele retea permit legarea intr-o BD a tuturor punctelor, liniilor si poligoanelor . Deplasarea nu este restrictionată înainte si înapoi pe diferite circuite si redundanta datelor este păstrată ca minima. Structurile inelare cu pointeri sunt folosite pentru a naviga în jurul entitatilor topologice complexe. Acesti pointeri pot mări substantial o bază de date si ei necesită actualizarea si intretinerea de fiecare dată când e făcută o modificare in BD.
Sistemele relationale nu folosesc pointeri sau ierarhii. Datele sunt memorate sau stocate in tupluri, care contin o multime ordonata de valori de atribute, care sunt grupate impreună în tabele bidimensionale, cunoscute ca relatii. Fiecărei relatii îi corespunde un fisier separat si sunt folosite coduri de identificare drept chei unice pentru a identifica inregistrările din fiecare fisier. Utilizatorul defineste relatia care constituie o interogare sau după care se face o căutare. Pentru a construi noi tabele este folosită algebra relatională. Orice nouă relatie necesită un nou fisier listă.
Pentru ilustrare, priviti harta simplă M de mai jos. cu două poligoane etichetate I si II. Imediat după hartă sunt date trei structuri de date .
Fig. 5.1 Harta simplă M cu două poligoane I si II
Fig. 5.2 Structura ierarhică de date
Fig. 5.3 Structura de date retea
Fig. 5.4 Structura relatională de date
Un calculator trebuie să fie "instruit" precis cum ar trebui să fie gestionate si afisate esantioanele spatiale. Există doar două tipuri de formate de baza - vectorial si cu celule ale retelei sau raster. Formatul de tip grilă nu este analizat aici. Cu formatul vectorial, un set de linii, definite prin punctele de start si de sfârsit, ca si alte puncte intermediare sau vârfuri ale liniei poligonale ce reprezintă implicit un obiect. Cu formatul raster, un set de puncte pe o grilă reprezintă explicit un obiect si calculatorul asignează sau atribuie un cod comun (simbol sau culoare, dar de fapt o valoare) fiecărei celule.
Trebuie observat că nu există o legătură unică între structurile vector si raster ale BD geografice. Cele mai multe sisteme CAD/CAM lucrează cu BD structurate ca vectori, dar folosesc ecrane grafice cu afisări raster si plotere vectoriale.
Asemenea structuri constau dintr-o matrice de celule ale unei grile sau pixeli, referite pozitional de un număr de rând si un numâr de coloană si tematic de un număr care reprezintă tipul sau valoarea atributului care face obiectul cartografierii. Suprafata bidimensională prin care datele geografice sunt legate nu este continuă si aceasta poate avea un efect important asupra estimărilor lungimilor si ariilor când dimensiunile celulei grilei sunt mari fată de detaliile ce sunt reprezentate.
Deoarece fiecare celulă a unui tablou bidimensional poate păstra doar un număr, atributele geografice diferite trebuie sa fie reprezentate de tablouri separate noi, cunoscute ca straturi de acoperire sau "overlays". Acest fapt duce la o structură 3-D sau tridimensională.
Cum pot fi organizate cel mai bine datele memorate în straturi într-un calculator astfel incât accesul să fie optim, iar cerintele de memorare si procesare să fie minimale? Există trei metode de organizare a datelor:
Există patru metode în care poate fi obtinută o memorare compactă:
Coduri ciclice: Dată fiind o hartă rasterizată, frontiera unei regiuni poate fi cod(ific)ată în termenii unei origini definite de utilizator (un număr dat de rând si un număr de coloană) si un sir de vectori unitate în directiile punctelor cardinale (est=0, nord=1, vest=2, sud=3), în sens invers acelor de ceas. Vectorii unitate sunt laturile pixelilor ce reprezintă frontiera regiunii hărtii. Un exemplu ar putea fi: 0, 1, 0^2, 3, 0^2, 1, 0, 3, 0, 1, 0^3, 3^2, 2, 3^3 etc., incepând de la pixelul din rândul 9/coloana 1. Observatie: simbolul ^ urmat de un număr arată că lungimea vectorului este de mai multi pixeli.
Coduri run-length: Exemplul de mai jos arată o hartă ipotetică vectorială a solurilor (vezi figura), cu cinci poligoane cărora le-au fost asignate unul din cele trei tipuri posibile de soluri (culoarea). O grilă 16 X 16, având celule care sunt 20 X 20 unităti de hartă, a fost suprapusă pentru a reprezenta frontierele poligoanelor si zonele pe care acestea le includ (delimitează) formatul în raster (vezi figura). Aceste celule sunt referentiate prin numărul de rând si numărul de coloană si o valoare Z. Pentru a condensa aceste date, rândurile de celule care au aceeasi valoare tematică sunt scanate de la celula din stânga spre dreapta si memorate imediat ce sunt rulate ("runs"). Un "run" (sir) este definit de o celulă de început si o celulă de sfârsit (nr. coloană) si valoarea tematică comună. . Vedeti aceste "runs" date in a patra figură.
Fig. 5.5 Harta vectorială a solurilor
Fig. 5.6 Harta raster a solurilor
Fig. 5.7 Asignarea valorilor (tematice) Z
Fig. 5.8 Harta solurilor codificată run-length
Observatie: După cum se vede mai sus, dimensiunea celulei grilei sau pixelului afectează mult volumul memoriei detaliului care este păstrat la conversia de la formatul vectorial la formatul raster. Vor fi alterate si calculele ariei si perimetrului.
Coduri block: Ideea codurilor run-length este extinsă la două dimensiuni prin folosirea blocurilor pătrate pentru a impărti regiunea de cartografiat. Structura de date constă din origine (in centru sau in stânga jos) si lungimea laturii fiecărui pătrat. Această metodă este numită transformarea axei medii - medial axis transformation (MAT).
Arbori cuadrici - quadtrees: Aici, un tablou 2-la-n X 2-la-n este împărtit succesiv in cadrane si sunt notate cadranele continute in întregime în regiune . Cea mai mică limită a împărtirii este un singur pixel. Aceasta duce la o structură arborescentă de gradul 4, deoarece fiecare nod are 4 ramificatii, denumite cadranele NV, NE, SV si SE (notate de fapt cu primele 4 cifre 0, 1, 2 si 3, într-un sens sau în altul, direct sau invers acelor de ceas). Fiecare bloc de formă pătrată de pixeli de aceeasi valoare va avea un singur cod de acces, derivat din împărtirea arborescentă cuadrică.
Modelele Digitale Altimetrice - Digital Elevation Models (MDA sau DEMs) sunt folosite pentru a reprezenta datele spatiale în trei dimensiuni. Există trei metode de interpolare ce pot fi prezentate pentru început: a diferentelor finite, a sumei ponderate si a potrivirii suprafetei. Prima din acestea este o procedură iterativă de netezire care nu alterează valorile datelor initiale. A doua metodă interpolează o valoare a unui pixel ca o medie ponderată a punctelor celor mai apropiate de acel pixel. Ponderea este invers proportională cu o putere oarecare a distantei dintre fiecare punct si punctul de interpolat. Ultima metodă deternină o suprafată polinomială ce trece prin punctele cele mai apropiate de punctul de interpolat si prin acel punct. Ulterior este bine să se studieze si alte metode de interpolare, de exemplu cele legate de variabilele regionalizate (de exemplu "kriging".
Aici spatiul coordonatelor se presupune a fi continuu, fiind posibil să fie definite precis toate pozitiile, lungimile si dimensiunile . Reprezentarea exactă a unei coordonate este limitată totusi de dimensiunea unui cuvânt de memorie din calculator si de dimensiunea unui pas (increment) al perifericului de reprezentare a datelor vectoriale (ploter).
Există două metode sau modele:
a) Spaghetti - memorează detaliile spatiale ca perechi de coordonate (puncte sau obiecte punctuale) sau un sir de perechi de coordonate (linii sau obiecte liniare). Un poligon este un sir de coordonatonate ale unui contur (al unui obiect areal). Frontiera comună la două poligoane este memorata de două ori. Aceste multimi de siruri de coordonate sunt stocate fără orice structură deosebită. Din acest motiv:
b) Topologică (Arc-Nod din graf) - foloseste arce pentru a memora o serie de puncte (perechi de coordonate) care încep din si se termina în noduri si pot cuprinde si vârfuri sau alte puncte (puncte intermediare pemtru a păstra forma). Un nod este intersectia a trei sau mai multe arce. Pentru a inregistra topologia sunt folosite trei tabele de date, denumite POLIGON (lista arcelor ce sunt cuprinse in fiecare poligon), NOD (defineste arcele care încep sau se termină în fiecare nod) si ARC (defineste relatiile nodurilor si poligoanelor pentru fiecare arc).
Ca atare:
Fig. 5.9 Modelul topologic al datelor
POLIGON | NOD | ARC | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Polig. | Arce | Nod | -------- Arce | Arc | Nod de Start | Nod final | Pol. Stg. | Pol. Dr. |
A B C D E |
a1, a5, a3 a2, a5, 0, a6, 0, a7 a7 a6 area outside map |
N1 N2 N3 N4 N5 N6 |
a1, a3, a4 a1, a2, a5 a2, a3, a5 a4 a6 a7 |
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 |
N1 N2 N3 N4 N3 N5 N6 |
N2 N3 N1 N1 N2 N5 N6 |
E E E A A B B |
A B A A B B C |
Coordonate ale punctelor arcelor | |||
---|---|---|---|
Arc | X, Y Start | X, Y Intermediare | X, Y Finale |
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 |
40, 60 70, 50 10, 25 40, 60 10, 25 30, 20 55, 27 |
70, 60 70, 10; 10, 10 10, 60 30, 50 20, 27; 30, 30; 50, 32 --- 55, 15; 40, 15; 45, 27 |
70, 50 10, 25 40, 60 30, 40 70, 50 30, 20 55, 27 |
Este folosită o retea de triunghiuri oarecare
- triangular irregular network (RTO sau TIN) pentru a
reprezenta datele spatiale în trei dimensiuni. De regulă,
pentru a defini o suprafată continuă sunt determinate prin
interpolare valorile tematice Z folosind valorile Z intr-un număr
de puncte cu coordonate X si Y dispuse regulat sau neregulat.
Există multe căi de interpolare, folosind functii liniare,
polinomiale sau exponentiale etc. Coeficientii acestor functii
sunt calculati pe baza derivatelor de ordinele intâi si al
doilea ale functiei Z în vârfurile triunghiului si în punctele
vecine (într-un domeniu circular dat prin rază). O metodă
obisnuită de interpolare este triangulatia Delaunay (vezi
Nitu, C. et all, 2002). O triangulatie a unui set de puncte este
triangulatie Delaunay dacă si numai dacă cercul circumscris
oricăruia din triunghiuri nu contine orice alt punct în
interiorul său. Triangulatia Delaunay este mărginită de o
linie poligonală convexă. Figura duală a acestei triangulatii
este denumită diagrama Voronoi (sau poligoane Thiessen).
Nodurile unui poligon Voronoi coincid cu centrele cercurilor
circumscrise triunghiurilor Delaunay. Mediatoarele laturilor
triunghiurilor Delaunay formează laturile poligoanelor Voronoi .
In acest mod, suprafata finală este dată de un set de
triunghiuri oarecare. Orice produs derivat dintr-o asemenea
suprafată, ca de exemplu panta, aspectul etc., este total
dependent de calitatea acestei suprafete interpolate.
Fig. 5.10 Modele de reprezentări ale reliefului
Mai sus sunt date câteva reprezentări prin umbre ale reliefului, pe care au fost suprapuse curbele de nivel. A existat mai intâi un model TIN. Punctele modelului TIN au fost alese prin prelucrarea datelor rezultate din digitizarea curbelor de nivel si a unor puncte caracteristice ale reliefului.
Detaliile de pe o hartă pot fi reprezentate prin trei elemente de bază, denumite obiecte punctuale sau simplu puncte, obiecte liniare (linii din vectori) si obiecte areale (poligoane). Toate aceste elemente au unele caracteristici comune care sunt date mai jos. Amintim că liniile si poligoanele constau din mai multe puncte si că aceste puncte au o ordine implicită sau explicită. Topologia poate exista sau nu.
Fig. 5.11 Datele care definesc un obiect punctual
Un segment liniar poate fi reprezentat de un punct initial si un punct final, plus un câmp cu identificatorul obiectului (detaliului). Un "arc" este o multime de n perechi de coordonate XY ce descriu o curbă continuă complexă. Numărul n trebuie să fie mai mare sau egal cu 2. Cu cât sunt mai scurte segmentele liniare si cu cât este mai mare numărul de perechi de coordonate XY, cu atât mai mult arcul va aproxima o curbă complexă. Spatiul de memorare a datelor poate fi economisit (micsorat) în schimbul timpului mai mare de procesare, prin memorarea unui număr ce indică faptul că trebuie folosită o functie matematică de interpolare a coordonatelor (de exemplu B-spline), când datele sunt trimise unui periferic de afisare .
RETELE: liniile simple nu au informatie spatială. Pentru a fi posibilă trasarea cu calculatorul a unei retele de obiecte liniare, de exemplu drumuri sau râuri, în structura de date trebuie construiti "pointeri". Sunt folosite adesea noduri care posedă înregistrări ce indică unghiul sub care fiecare linie intră în nod.
Scopul unor asemenea structuri este de a descrie caracteristicile topologice ale zonelor (forme, vecini si ierarhie) într-un asemenea mod, încât aceste caracteristici pot fi afisate si manipulate ca date tematice cartografice . Datele geografice impun ca fiecare poligon dintr-o retea să aibă o formă, un perimetru si arie unice. Analizele geografice necesită informatii despre vecinii fiecărui poligon. Un poligon simplu este o extensie a unei retele liniare. Asemenea structuri memorează de două ori arcele dintre poligoanele adiacente, ceea ce poate duce la "poligoane aschie" sau benzi inguste. Nu există o metodă usoară pentru a verifica erorile de topologie in frontiera unui poligon simplu. Trebuie inlăturate depăsirile de arce si golurile dintre poligoane.
Poligoane cu dictionare de puncte: Toate perechile de coordonate sunt numerotate secvential si referentiate printr-un dictionar care inregistrează ce puncte sunt asociate cu fiecare poligon. Dictionarul permite să fie identificate în mod unic frontierele dintre poligoanele adiacente, dar mai există totusi probleme cu functiile de vecinătate. Mai sunt prezente si probleme ca cea a poligoanelor insule (in sens topologic) si a poligoanelor "ciudate". Pentru a defini un poligon poate fi folosit si un dictionar al segmentelor (de) arce.
Sisteme de poligoane cu structuri topologice explicite: Insulele si vecinii pot fi mânuite numai prin incorporarea în structura de date a relatiilor topologice explicite, prin software sau manual, in timpul introducerii datelor. La US Bureau of the Census există sistemul DIME (Dual Independent Map Encoding system) care rezolvă această problemă.
O structură topologică poligonală completă a unei retele poate fi construită dintr-o multime de arce de frontieră care au fost digitizate în orice ordine si în orice directie. Insulele si lacurile pot fi create la orice nivel si regiunea este verificată automat pentru neinchideri si poligoane incorecte . Atributele nonspatiale sunt legate semiautomat de poligoane. Căutarile vecinătătilor sunt asigurate complet.
Fig. 5.12 Pasii creării BD vectoriale de poligoane
Aici nu sunt date explicatii suplimentare. Analiza figurii arată cazurile concrete de la datele teren si până la determinarea legăturilor între datele spatiale si cele tematice sau nonspatiale.
Acum sunt construite poligoanele individuale interioare printr-o căutare în sensul acelor de ceas si alegerea arcului cel mai din stânga la fiecare jonctiune. Intr-o variabilă se contorizeza de câte ori este traversat un arc. O dată ce arcul a fost traversat de două ori, el este exclus de la căutările ulterioare . Este facută si o verificare asupra unghiului de întoarcere cumulat, deoarece dacă el nu este egal cu 360 de grade există o eroare de digitizare. Fiecare entitate poligon constă din înregistrări ce contin:
Căutarea se face la poligonul urmator în aceeasi retea, la acelasi nivel în ierarhie si tot astfel până ce au fost construite toate poligoanele. Trebuie construite si insulele, într-o ierarhie topologică validă. Poligonul în care este insula trebuie localizat de o rutină de testare "punct-în-poligon".
Sunt folosite ambele tipuri de structuri în reprezentarea datelor spatiale. Poate fi facută usor conversia din vector in raster, care este realizată automat de către microprocesoarele interne din perifericele de afisare. Este posibilă conversia raster-în-vector, dar aceasta este o operatie mult mai complexă, deoarece benzi de pixeli sunt schimbate in arce si numărul de coordonate este redus printr-un proces de "plivire" sau eliminare a unor puncte interemediare (generalizare a formei).
METODE VECTORIALE
Avantaje:
Dezavantaje:
METODE RASTER
Avantaje:
Dezavantaje:
Cu punctare si clic pe săgeata către dreapta se trece la capitolul următor, iar pe săgeata către stânga la capitolul anterior.
This document was last updated September 11, 2002.
Send comments and suggestions to: cnitu@personal.ro