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 рисунок 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 ее недостатком. Как сетевые, так и иерархические базы данных были очень жесткими. Наборы отношений и структуру записей приходилось задавать заранее.

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 в,се данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.

В реляционной базе данных информация организована в виде таблиц, разделенных на строки и столбцы, на пересечении кото­рых содержатся значения данных. У каждой таблицы имеется уникальное имя, описывающее ее содержимого. Более наглядно структуру таблицы иллюстрирует рисунок 9.1;, на котором изо­бражена таблица РАЙОНЫ.

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).

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: 2014-01-11