Подсистема хранения информации. Понятия о базах данных. Графическая и атрибутивная базы данных

Пожалуй, основным ядром каждой информационной системы (и ГИС в том числе), является база данных (БД). Под базой данных понимается поименованная совокупность данных, отображающая состояние объекта, его свойства и взаимоотношения с другими объектами, а также комплекс технических и программных средств для ведения этих баз данных.

В самом общем смысле база данных (БД) - это набор записей и файлов, организованных специальным образом. В базе данных любой ГИС можно хранить, например, фамилии и адреса друзей или клиентов (текстовая информация) и карту города с нанесенными домами (графическая информация), координаты, значения площадей, другие количественные характеристики (метрическая информация).

Базы данных делятся на иерархические,сетевые и реляционные.

Иерархические базы данных устанавливают строгую подчиненность между записями.

Для хранения данных, имеющих такую структуру, была разработана иерархическая модель данных, которую иллюстрирует рис. 9.12.

Сетевые базы данных использовались в том случае, если структура данных оказывалась сложнее, чем обычная иерархия, т.е. простота структуры иерархической базы данных становилась её недостатком. Как сетевые, так и иерархические базы данных были очень жесткими. Наборы отношений и структуру записей приходилось задавать заранее.

Рис.9.12.

Изменение структуры базы данных обычно означало перестройку всей базы данных, а для получения ответа на запрос приходилось писать специальную программу поиска данных. Реализация пользовательских запросов часто затягивалась на недели и месяцы, и к моменту появления программы информация, которую она предоставляла, часто оказывалась бесполезной.

Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой, реляционной модели данных. Реляционная модель была попыткой упростить структуру БД. В ней все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.

В реляционной базе данных информация организована в виде таблиц, разделённых на строки и столбцы, на пересечении которых содержатся значения данных. У каждой таблицы имеется уникальное имя, описывающее её содержимое. Более наглядно структуру таблицы иллюстрирует рис.9.13, на котором изображена таблица РАЙОНЫ.

Рис.9.13.

Каждая горизонтальная строка этой таблицы представляет отдельную физическую сущность – один административный район. Она же представлена на карте отдельным графическим объектом.

Все N строк таблицы вместе представляют все N районов одной области. Все данные, содержащиеся в конкретной строке таблицы, относятся к району, который описывается этой строкой.

Все значения, содержащиеся в одном и том же столбце, являются данными одного типа. Например, в столбце Районный центр содержатся только слова, в столбце Площадь содержатся десятичные числа,а в столбце ID содержатся целые числа, представляющие коды объектов, установленные пользователем. Связь между таблицами осуществляется по полям.

Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор поименованных столбцов (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам объектов, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице не ограничено и каждая запись несет информацию о каком-либо объекте.

На сегодняшний день реляционные базы данных являются наиболее популярной структурой для хранения данных, поскольку сочетают в себе наглядность представления данных с относительной простотой манипулирования ими.

При использовании ГИС в картографии, в реляционных БД содержатся два типа данных: графические и атрибутивные (или семантические).

В графической базе данных хранится так называемая графическая или метрическая основа карты в цифровом виде. Атрибутивная база данных содержит в себе определенную смысловую нагрузку карты и дополнительные сведения, которые относятся к пространственным данным, но не могут быть прямо нанесены на карту- это описание территории или информация, описывающая качественные характеристики объектов (атрибуты). Таблица, содержащая атрибуты объектов, называется таблицей атрибутов, например при сборе характеристик по городу можно указать численность жителей, число театров и концертных залов, протяженность автодорог и линий связи; по району- его общая площадь и число землепользователей; по сотруднику предприятия - имя, фамилия, отчество, пол, возраст, стаж работы, размер заработной платы и т. д. И для хранения всей этой информации применяют атрибутные таблицы.

В ГИС обычно встроены не только средства отображения базы данных, но и специальные программы- так называемые системы управления базами данных (СУБД). С использованием СУБД осуществляется поиск, сортировка, добавление и исправление информации в базах данных. Этот модуль позволяет создать новую атрибутивную таблицу, заполнить ее и привязать к карте.

Не следует понимать, что графические объекты живут сами по себе, а атрибутика - сама по себе. Напротив, интеграция достигает порой той степени, когда графический объект физически хранится как одно из полей атрибутивной таблицы, несколько же других полей реально в таблице базы данных не существуют, а отображают автоматически отслеживаемые географические параметры объекта (длину, периметр, площадь.)

Атрибутивные базы данных не только помогают по-разному отобразить объекты с различными свойствами. При выполнении пространственных запросов атрибутика помогает более точно идентифицировать объект - в самом простом случае мы можем указать объект на карте и получить о нем подробную информацию (номер, имя, размер и т.д.) Можно, разумеется, организовывать выбор объектов на карте посредством запросов к атрибутивной таблице, так как мы знаем, что выделение объектов связано с выделением их атрибутивных записей.

Все объекты и примитивы должны иметь свой номер или идентификатор, при помощи которого можно поставить в соответствие к графической информации атрибутивную (рис.9.14).

Использование идентификаторов открывает широкие возможности для просмотра и анализа картографического изображения. Пользователь может указать на объект, например курсором, и система определит его идентификатор, по которому найдет относящиеся к объекту одну или несколько баз данных и, наоборот, по информации в базе определит графический объект.

Однако набор записей (иногда несколько сот тысяч), содержащий графическую (метрическую) и атрибутивную информацию о каком-либо объекте хоть и очень похож, однако еще очень далек от того образа реального мира, который мы называем картой. Пока можно говорить только о том, что множество цифровых данных о пространственных объектах образует цифровую модель объекта местности, содержащую сведения о его местоположении (координаты) и набор свойств и характеристик (атрибутов).

Название района	ID	Число населен.пунктов	Пло-щадь тыс.га	Число жителей тыс.чел.	Городское население тыс.чел.	Сельское население тыс.чел.
Наро-Фоминский
Одинцовский
Рузский
Шаховской

Рис. 9.14. Связь графических и атрибутивных баз данных в ГИС.

Рассматривая вопрос о цифровых моделях, нельзя не отметить, что в реальных ГИС мы имеем дело не с абстрактными линиями и точками, а с объектами, занимающими пространственное положение и имеющими сложные взаимосвязи между собой. Поэтому полная цифровая модель объекта в цифровой карте в обязательном порядке включает в себя:

· геометрическую (метрическую) информацию;

· атрибуты-признаки, связанные с объектом и его характеризующие;

· неметрические (топологические) характеристики, которые объясняют связи между объектами.

К топологическим характеристикам можно отнести: ориентацию (по отношению одного объекта к другому); примыкание (наличие общей границы и точек); включение (вложенность контуров), совпадение (наложение одного объекта на другой) и т.п.

Топологические характеристики заносятся при кодировании данных в виде дополнительных атрибутов. Этот процесс во многих ГИС осуществляется автоматически при дигитализации данных.

Но и это еще не все. Чтобы система могла свободно оперировать с огромным числом таким образом организованной пространственной информации, ее наборы необходимо определенным образом соотнести с элементами изображения карты. Для этих целей в большинстве случаев используется метод квантования информации, т.е. разделение ее на целый ряд уровней (слоев). В цифровой картографии данный подход получил название послойного принципа организации элементов изображения. В процессе дигитализации составитель карты может собрать в отдельную группу все элементы гидрографии, в другую- дорожную сеть и т.д. и каждой группе (слою) присвоить свою атрибутивную таблицу. Послойная организация пространственных данных является в настоящий момент одним из общепринятых принципов при конструировании и создании ГИС..

Второй принцип организации элементов изображения- так называемый объектно-ориентированный, когда группировка объектов происходит более сложным образом, в соответствии с логическими связями между ними, с построением различного иерархий и зависимостей в данном пособии рассматриваться не будет.

Дата добавления: 2015-06-04