Структура пространственных данных

Векторная структура.

Векторная структура в виде пары координат является моделью отображения пространственных объектов, которые реализуют геометрические фигуры. Как видно графические данные (точка, линия, полигон) являются сведениями, заданных в координатах X, Y. Объекты, отмеченные точкой, показаны в виде надписей по направлению вектора. Здесь по уникальному идентификационному номеру (ID) объекты соотносятся к значениям X, Y.

Линейные объекты, принадлежат этим линиям в ID и направленные по вектору, снабжаются в каждой точке парой координат. Данные, отображенные в векторной структуре, связаны оцифрованной линией векторного типа.

Потом они, введенные с помощью дигитайзера или сканера, являются сведениями, обработанные вручную. Типы объектов, относящихся к геометриическим объектам векторных моделей, показаны ниже:

безмерные объекты;

одномерные объекты;

двумерные объекты;

трехмерные объекты.

Безразмерные объекты: точка и место соединения (узел). Точка назначает (определяет) географическую позицию. Место соединения (узел) определяет топологическое месторасположения перехода от последней точки и установленной.

Одномерные объекты: линия, линейные сегменты, дуга, связь, круг.

Линия — одномерный объект, не имеющий стационарную точку.

Дуга — последовательность начальных и конечных сегментов в узлах.

Связь — соединяет два узла.

Круг — последовательность замкнутых сегментов.

Двумерные объекты: Полигон (площадь, область), пиксель.

Полигон — замкнутый контр.

Пиксель — минимальный элемент изображения.

Трехмерные объекты: геометрические фигуры, обладающие объемом.

Объемные фигуры — геометрические тела, обладающие соответствующей шириной, длиной, высотой (куб, параллелепипед).

Отображение векторных форматов получило широкое распространение больше всего в формате DXF. Кроме этого, в большинстве случаев в ГИСах импорт? экспорт пространственной информации проводится в жизнь ав — матизированными системами проектирования (АСП) такими, как SHP, EOO, GEN (ESR1), VEC (IDRISI), MIF (MapInfo Corp.), DWG, DXF (Autodesk), WMF (Microsoft), DGN (Bentley) на основе обмена форматов.

Посредством ГИС исследования дистанционного зондирования в данных объектах, вовлеченные в операцию векторизации, для подготовки отчетов с помощью средств автоматизированной системы проектирования строится модель единой базы. Достоинства ГИС, построенных на основе векторных структур, следующие:

географические объекты, снабженными соответствующими цветами, образуют на экране монитора визуальное изображение;

топология территории (местности), также как и схемы электроснабжения, линии, газопроводы и нефтепроводы, телекоммуникационные линии отображаются еще более наглядно;

географические объекты полностью детализируются;

для уменьшения или увеличения любого объекта процесс реализуется изменением координат объекта;

при проведении масштабирования объекта изображение не теряет своего качества (разрешающая способность);

малое количество требуемого расхода памяти. Например, векторное изображение, состоящее из тысячи примитивов, размещается в области памяти не более нескольких сотен килобайт.

Растровая структура.

Данные растровой структуры реализуются в виде изображения двумерной матрицы. Здесь каждый элемент матрицы (ячейка) характеризует объект. В соответствующих ячейках растра может быть рисунок или же его месторасположение.

В большинстве ГИС сохранение растровых данных поддерживается основными форматами: TIFF, JPEG, GIF, BMP, WMF, PCX.

В настоящее время ввод в компьютер структуры растрового типа проводится с помощью сканера. После вставки в память компьютера соответствующих форматов (TIFF, JPEG и т. д.) проводится в жизнь процесс векторизации. Так же форматы данных GeoSpot, GeoTIFF о реальных географических координатах создают условия для передачи их в растровые слои. Для сжатия данных применяют MrSID.

Для манипуляции со структурой данных (т.е. преобразование сообщений в векторном формате в растровой формат и наоборот) применяются «векторимеется используется векторный формат, а в других случаях более экономичным является растровый формат. Ввиду этого во многих системах манипуляция данными для разных форматов реализуется различно. В файлах растровых изображений информация о цвете каждого пикселя сохраняется в форме комбинаций битов. Более простые изображения состоят из чернобелых цветов. В этом случае для кодирования цвета каждого пикселя достаточно 1 бита, состоящего из нуля или единицы.

При кодировании двумя битами цвета видеопикселя, количество возможных комбинаций равно четырем (2²): 00, 01, 10, 11. Т. е двумя битами можно закодировать четыре цвета. При количестве битов 4 (2²), 8 (2³), 24 (2²⁴⁾) возможность кодировать соответственно 16, 256, 16 777 216 цветов.

Простые растровые изображения не требуют больших областей памяти. Изображения, обладающих качеством фотографий, в большинстве случаях расходуют память в объеме нескольких Мбайт. Например, при размере графической сетки 1240×1240, если количестве использованных оттенков цветов равно 16 777 216, то объем растрового файла приблизительно будет равен 4 Мбайт:

• 1240×1240 = 30 474 240 бит или
• 30 474 240: 8 = 3 809 280 байт или
• 3 809 280: 1024 = 3720 Кбайт или
• 3720: 1024 = 3,63 Мбайт.

Как видно из вышеприведенных вычислений, для сохранения растровой структуры требуется большой расход памяти (в отличии от векторной структуры).

Путь решения этой проблемы лежит в сжатии графической информации. С этой целью в графических файлах за счет изменения способа организации данных используются программы, уменьшающие размер растровых файлов.

Для сжатия графической информации используются способы RLE (Run Length Encoding) и LZW (LempebZivWelch).

Способ RLE ещё лучше работает с изображениями, относящихся к большим площадям, окрашенных в тех же оттенках (например, чернобелый).

Для сжатия растровых изображений, относящихся к многоцветным оттенкам, целесообразно применять способ LZW.

Достоинства ГИС, построенных на основе растровой структуры, следующие:

простота картографических проекций;

различные рисунки, вводимые в ГИС, создают для пользователей законченные (полные) изображения;

построенные на основе растровых моделей ГИС просты;

ГИС, построенные на основе этой структуры, относительно векторных ГИС, более дешевые.

Древовидные структуры.

Эта иерархическая структура является способом изображения и используется для сбора и сохранения географических данных. Для получения древовидной структуры рекурсивные двумерные геометрические фигуры (область, площадь, изображение) делятся на части (квадраты).

Коментарий: Рекумрсия — определение, описание, изображение какоголибо объекта или процесса внутри самого этого объекта или процесса, то есть ситуация, когда объект является частью самого себя.

Она характеризует двумерную площадь (область), отмеченную цифрами. Сначала эта область была поделена на квадраты A, B, C и D (здесь A, B, C и D узлы дерева). Большой квадрат соответствует вершине дерева, а самый маленький квадрат — его листьям. Процесс рекурсивного деления исходного изображения квадратов идет до тех пор, пока основанное на значении данного изображения (цвета, например) проводится сравнение.

Модели, основанные на древовидной структуре, обеспечивают в ГИСах вычисление соответствующих площадей, распознание образов, деление рисунков на части (на пиксели).