Принципы организации и способы представления данных в ГИС

Хранение данных в ГИС организуют в соответствии со следующими принципами:

1) использование данных оптимально как одним, так и несколькими приложениями;

2) данные независимы от программ, использующих эти данные;

3) для операций с данными применяют общий управляющий способ;

Рис. 3.1. Структура картографической информации

4) структура данных позволяет модернизировать и расширять функциональные возможности приложений.

В практике ГИС достаточно давно определился набор базовых способов представления (базовых моделей) пространственных данных, используемых для описания планиметрических (двумерных или меньшей размерности) объектов:

1) растровая модель;

4) векторная модель:

- векторная топологическая (линейно-узловая) модель;

- векторная нетопологическая модель (модель «спагетти»).

Растровая модель данныхподразумевает разбиение пространства (координатной плоскости) на дискретные элементы, упорядоченные в виде прямоугольной матрицы (рис. 3.2.). Исходные полигональные объекты рис. 3.2(а) с атрибутами (классами) А, В, С, D, E и матрица размером 7´7(рис. 3.2(б) растровой модели, каждому элементу которой присвоено значение атрибута объекта.

Положение точечного объекта определяется номерами столбца и строки матрицы (при необходимости координаты любого угла ячейки или ее центра могут быть вычислены). Ячейке (пикселу) присваивается цифровое значение, определяющее имя или семантику (атрибут) объекта.

Рис. 3.2. Растровая модель данных

Выбирая подходящий размер пикселов, можно добиться пространственного разрешения, удовлетворяющего целям их цифрового описания и последующей обработки, но при этом увеличивается необходимый для работы объем памяти (при двукратном увеличении разрешения объем хранимых данных увеличивается в четверо). Удобство матричной модели состоит в том, что к данным, организованным подобным образом, легко применяются алгоритмы матричной алгебры, математический аппарат которой относительно прост и хорошо разработан. Недостаток – значительные затраты машинной памяти, требуемой для хранения данных.

Векторные модели данныхвключает векторные топологические и векторные нетопологические модели.

Векторная топологическая (линейно-узловая) модель – представление линейных и полигональных пространственных объектов, описывающее как геометрию, так и топологические отношения (связи) между полигонами, дугами и узлами. Линейно-узловое представление можно проиллюстрировать следующей схемой (Рис.3.6). Все точки, которые определяют положение объектов в пространстве (независимо от того, каким объектам они принадлежат), собраны в один список («глобальный список точек»), а все линии, из которых состоят объекты F1 и F2 карты собраны в «глобальный список линий». Каждый объект содержит в своей структуре данных только на описатели линий (ребер), из которых состоит полигон. Каждая структура, описывающая линию, содержит не координаты точек, а указатели на те точки из «глобального списка точек», которые являются ее концами.

Недостаток линейно-узлового представления – усложнена процедура изменения формы объектов, так как одна точка фактически может принадлежать сразу двум полигонам, и изменение ее координат приведет к изменению формы смежных объектов.

Векторная нетопологическая модель (модель «спагетти») – представление пространственных объектов с описанием только их геометрии в виде неупорядоченного набора дуг (сегментов).

Внутренняя структура данных в модели «спагетти» для фрагмента карты, состоящего из двух полигонов, представлена на рис. 3.7. В этом случае

Рис. 3.6. Описание объектов в линейно-узловой модели

каждый объект содержит в своей структуре данных координаты всех своих вершин.

Недостаток векторной нетопологической модели – некоторая избыточность данных, так как координаты общих для полигонов точек Т2 и Т4 хранятся в двух местах – структуре данных полигона F1 и структуре данных полигона F2.

Рис. 3.7. Описание объектов векторной нетопологической (спагетти) модели