Виды и структуры геоданных

Организация данных в ГИС.

Темы раздела:

3.1. Виды и структуры геоданных.

3.2. Модели плоских структур геоданных.

3.3. Модели трехмерных структур геоданных.

3.4. Форматы геоданных.

По содержанию геоданные подразделяются на: базовые, или общегеографические и тематические, пространственные и атрибутивные, количественные и качественные. Пространственные данные в свою очередь подразделяются на позиционные и геометрические. По назначению геоданные делятся на основные, или объектные (с помощью которых описываются реальные территории или проектируемые территориальные объекты), идентификации, или идентификационные (для связывания данных), кодовые (для обозначения и машинного представления информации) и метаданные (данные, описывающие объектные данные: тему, источник, название объектов и т.д.) По форме они бывают цифровые, буквенно-числовые, или текстовые и графические.

Пространственные цифровые данные по форме представления и способу организации разделяются на векторные и растровые. Кроме того, для целей кодирования данные классифицируют на типы: одиночный символ, строка символов, целое десятичное число, действительное число. По уровню машинной подготовки данные подразделяют на логические и физические записи.

Структура данных - это совокупность данных, связанных между собой логическими отношениями эквивалентности, сходства, порядка, различия и некоторыми другими. В ГИС применяют такие структуры данных как слой, растр, 3D, классификатор, библиотека, база данных (БД).

Слой применяется для организации векторных данных, и представляет собой позиционные данные - плоские координаты, описывающие положение и взаимное размещение геометрически однотипных по размерности предметов территории, относящихся к одному тематическому классу. Например, слой «колодцы, источники и родники», описывающий размещение указанных предметов, представляет собой точки в плоской системе координат; слой «канавы и ручьи» - линии на плоскости; а слой «реки и озера» - контуры на плоскости. В приведенном примере все предметы относятся к одному тематическому классу «гидрография» и трем типам размерности (точки, линии и контуры), поэтому данные о их размещении представлены тремя слоями.

Растр применяется для организации растровых данных и представляет собой матрицу, ячейки которой имеют координаты и значения атрибутов и тем самым описывают не только размещение, но и характеристики предметов. Слой и растр относятся к плоским структурам геоданных. Их принципиальные различия заключаются в том, что слой описывает только позиционную составляющую предметов, а растр, совмещая в себе позиционные и атрибутивные геоданные, описывает обе составляющие предметов.

3D – структура, которая кроме плоскости имеет еще одну координату- аппликату, применяется для организации пространственных данных, описывающих поверхности географических тел (рельефа) или геофизических полей (гравитационного, магнитного, электрического).

Классификатор- структура, состоящая их атрибутивных данных и соответствующих им кодовых обозначений, которая применяется для организации БД, систем условных знаков и ЦК. Этими атрибутивными данными являются характеристики предметов, из которых состоит описываемый территориальный объект. Как правило, основой классификаторов являются классификационные системы, построенные по иерархическому или фасетному принципу. В иерархической системе множество предметов и их признаков подразделяются на соподчиненные группы, или классы. Примером такой системы является классификация земельных угодий по их использованию и состоянию на группы, виды и подвиды. Фасетная система подразделяет предметы на группы, или фасеты одного ранга на основе независимых признаков. Например, классификация строений имеет три фасета, каждому из которых соответствуют значения признаков: назначение – 1)жилое, 2) нежилое; материал- 1)деревянное, 2)кирпичное, 3)бетонное; состояние- 1)эксплуатируемое, 2)строящееся, 3)разрушенное. Другой составляющей классификатора являются краткие кодовые обозначения его элементов. Этими обозначениями могут быть цифры, буквы и цифры с буквами. Кодовые обозначения образуют структуры 4 типов: порядковые, параллельные, последовательные и серийно-порядковые. Порядковый код применяется в иерархических классификаторах и образуется последовательно из кодов классов первого, второго, и.т.д. рангов. Параллельный код применяется для фасетных классификаторов, и образуются из обозначений элементов фасет. Порядковый код представляет собой числа натурального ряда. Серийно-порядковый код так же применяется в иерархических классификаторах, когда для обозначения классов закрепляются диапазоны или серии чисел натурального ряда.

Библиотека в ГИС- это структура, применяемая с целью организации, хранения и использования графических данных и программ, т.е. средств генерации точек, линий, фигур, штриховок, цветовых оттенков и других графических элементов, необходимых как для визуализации геоданных, так и для формирования систем условных знаков и оформления цифровых и бумажных карт.

База данных (БД)- структура организации данных, применяемая для их накопления, хранения, а так же манипулирования ими, которая не зависит от прикладных программ. Создание БД и работа с ней осуществляется с помощью систем управления базами данных (СУБД). БД, размещенная на нескольких компьютерах сети, называется распределенной. В ГИС используются три вида БД: атрибутивные, пространственные и совместные, или интегральные. Атрибутивные БД (АБД)-это классические базы данных, применяемые во всех типах информационных систем. Различают три основные модели организации АБД: иерархические, сетевые и реляционные. В ГИС используются главным образом реляционные АБД, состоящие из таблиц, столбцы которых соответствуют характеристикам предметов и называются полями, а строки соответствуют значениям характеристик и называются записями. Отдельная таблица содержит значения характеристик предметов одного класса или вида. СУБД состоит из программных и языковых средств и обеспечивает создание БД, ее поддержку (поиск, сортировку, добавление и исправление таблиц, создание новых таблиц, привязку их к пространственной БД), а также выполнение запросов пользователей с помощью структурного языка SQL.

Пространственные БД (ПБД) подразделяются на слоевые и объектно-ориентированные. Последние применяются редко, поэтому рассматриваться не будут. В первых БД геоданные сгруппированны в геометрически и тематически однородные плоские структуры (покрытия, или слои), и представляют собой упорядоченные слоевые наборы. Важно отметить, что такая организация данных хорошо согласуется с организацией традиционной карты. Отдельному слою ПБД соответствует отдельный тематический срез, или компонент содержания карты, а ПБД в целом - карта или серия карт. Кроме того, слоевая организация ПБД удобна для хранения, отображения, обработки и анализа геоданных как послойно, так и в различных сочетаниях слоев. Каждый слой логически (и часто физически) представляет собой отдельную единицу хранения и имеет собственную систему идентификаторов.

Что касается управления ПБД, то оно может осуществляться двумя способами: 1) независимо от АБД собственными программами из состава средств ГИС; 2) совместно с АБД единой СУБД, находящейся в составе ГИС. Самостоятельное управление ПБД реализуется с помощью специальных средств, обеспечивающих многочисленные возможности работы со слоями: активирование рабочего слоя и создание (составление и оформление) с его помощью необходимого набора слоёв; редактирование слоёв, их сохранение, защита и удаление; изменение слоя (его данных и оформления); добавление новых слоёв; иерархическое расположение слоёв, перемещение их по иерархии и изменение иерархии; копирование элементов слоя на другой слой; выбор в слое отдельных элементов или групп элементов; изменение размеров слоёв и его элементов и некоторые другие.

Совместные пространственно-атрибутивные БД (ПАБД) в зависимости от способов организации и управления подразделяются на геореляционные и интегральные. Первые состоят из независимых, как правило, слоевой и реляционной БД, связанных между собой метками и идентификаторами и управляемых собственными программами соедененными программным интерфейсом. Во вторых ПАБД и пространственные, и атрибутивные данные хранятся в единой, как правило, реляционной, БД и управляются единой, соответственно, реляционной СУБД. Основными достоинствами совместной БД являются возможности выполнять запросы к АБД по ПБД и наоборот, а так же автоматически изменять структуру и состав одной БД при перестройке другой БД.

В курсе, посвященном геоинформационному картографированию, уместно рассмотреть еще одну составную структуру, называемому цифровой картой (ЦК). В составную структуру ЦК входят слоевая БД, атрибутивная БД, классификатор, библиотека условных знаков и других графических элементов, а также служебные структуры (паспорт, метаданные и др.) Она может находиться в среде ГИС как в “разобранном” состоянии - в виде взаимосвязанного набора слоёв, так и в “собранном” состоянии - в виде целостной структуры, называемом макетом карты.

Дата добавления: 2013-12-12