Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних. І бази даних
 Скачать 31.1 Mb.
|
|
Процес перетворення даних з паперових карт у комп’ютерні файли називається цифруванням. Проблеми цифрування карт. Кількість похибок у базі даних ГІС безпосередньо пов’язана з рівнем похибок вихідних карт, оскільки карти не завжди адекватно відображають інформацію і не завжди точно переда- ють координатні дані просторових об’єктів. Похибки цифрування представлені на рис. 3.4. 128 Рис. 3.4. Похибки цифрування картографічних зображень Програмні засоби попередньої обробки даних повинні забезпечувати: – можливість здійснення векторизації вихідних графічних даних; – редагування векторизованих даних; – фільтрацію й стиснення вихідної інформації; – конвертування даних у необхідні формати. Підсумовуючи вищенаведене, слід зазначити, що основним функ- ціональним завданням підсистеми введення, підготовки та попередньої обробки інформації є створення цілісного інформаційного цифрового образу досліджуваного об’єкта або явища в просторових межах, тобто формування баз просторових і атрибутивних даних ГІС. 3.2.2. Підсистема збереження, оновлення й керування базами даних Підсистема збереження, оновлення й керування базами даних призначена для організації просторових даних з метою їх вибірки (обслуговування запитів на інформаційний пошук, які надходять у систему), відновлення та редагування. Ядром ГІС є база даних, під якою розуміють поіменовану сукуп- ність даних, які відбивають стан об’єкта, його властивості та взаємовід- ношення з іншими об’єктами, а також комплекс технічних і програмних засобів для ведення цих баз даних. Підсистема збереження, оновлення й керування базами даних, повністю відповідає уявленням про функції комп’ютера як ефективного засобу для збереження й обробки інформації. 129 Формати даних, що зберігаються в ГІС, представлені на рис. 3.5. Рис. 3.5. Формати даних, що зберігаються в ГІС Формування структури ГІС починається з формування баз даних, які ґрунтуються на територіальній (географічній) прив’язці даних. Для роботи з файлами баз даних необхідна система керування базою даних (СКБД) – один з основних компонентів ГІС, який значною мірою визначає ефективність роботи ГІС. СКБД ГІС здійснює автоматич- ний пошук у базі даних інформації, необхідної для обробки користу- вацьких запитів. Можливості СКБД, а також структура бази даних і обсяг інформації, що міститься в ній, фактично визначають рівень складності користувацьких запитів, які система може обробити. Підсистема зберігає явно або неявно координати просторових (точо- вих, лінійних і площинних) об’єктів і пов’язані з ними описові характерис- тики (атрибути) та дозволяє створювати запити, які надають користувачеві тільки потрібну, конкретну, контекстнопов’язану інформацію. Підсистема акцентує увагу не на загальній інтерпретації інформації, а на формулюванні адекватних запитів. Для збереження геометричних (графічних) даних дуже важливою ха- рактеристикою ПЗ є набір моделей, які підтримують подання цих даних. Моделі подання метричних даних визначають потенційну можливість і характер операцій просторової обробки інформації в ГІС. У невеликих проектах просторова інформація може зберігатись у вигляді звичайних файлів. Однак при збільшенні об’єму інформації та кількості користувачів для збереження, структурування й управління да- ними доцільно використовувати СКБД, серед яких виділяються ієрар- хічні, мережеві, реляційні та об’єктно-орієнтовані моделі. Серед зазна- чених моделей, реляційна залишається найбільш поширеною в структурі інструментальних засобів ГІС. Підсистема збереження, оновлення й керування базами даних – це друга за важливістю складова, яка визначає ефективність роботи ГІС. Формати даних, що зберігаються в ГІС Дисагреговані дані Сукупність динамічних рядів Сукупність територіальних одиниць 130 База даних ГІС включає графічні й атрибутивні дані, які можуть зберігатись разом (рис. 3.6 а) або окремо (рис. 3.6 б). а б Рис. 3.6. Способи збереження просторових і атрибутивних даних: а – в одній базі даних; б – у різних базах даних СКБД ГІС здійснює автоматичний пошук у БД інформації, необхід- ної для обробки запитів користувачів. Можливості СКБД, а також струк- тура БД і об’єм інформації, що міститься в ній, фактично визначає рівень складності запитів користувачів, які система спроможна опрацьовувати. Різна природа просторових (графічних) і атрибутивних (семантич- них) даних визначає проблему керування цими даними. У сучасних ГІС розв’язок цієї проблеми здійснюється різним чином, маючи свої переваги та недоліки. Більшість сучасних ГІС мають дві окремі СКБД (для просторових і семантичних даних). При цьому як СКБД семантичних даних використо- вується одна з найбільш поширених СКБД реляційного типу (MS Access, Oracle, Ingres, FoxBase, FoxPro, PARADOX тощо). При цьому СКБД семантичних даних повинна мати інтерфейс зі СКБД графічних (карто- графічних) даних, яка повинна забезпечити: – збереження і маніпулювання точковими, лінійними і площинними графічними об’єктами; – багаторівневе (пошарове) подання просторових даних; – довільну вибірку та відображення будь-яких фрагментів графіч- них зображень. Такий підхід має низку недоліків: • необхідність призначення топологічних зв’язків між просторови- ми об’єктами та їх атрибутивним описом; Підсистема збереження даних СКБД База просторових і атрибутивних даних Підсистема збереження даних СКБД База просторових даних База атрибутивних даних 131 • недостатню гнучкість табличної організації семантичних даних; • неспроможність розпізнавати ієрархічні відношення класів об’єктів. Крім того, СКБД просторових і атрибутивних даних цілком поєдна- на, а це ускладнює маніпулювання атрибутивними даними, оскільки їх структура є нереляційною. Зазначені недоліки можна усунути шляхом застосування об’єктно- орієнтованого підходу при проектуванні підсистеми збереження, онов- лення й керування базами даних. Крім збереження графічної і текстової (атрибутивної) інформації, сучасні інструментальні ГІС надають можливість пов’язування графічних об’єктів на цифрових картографічних зображеннях із візуальною (фото-, відео-) та звуковою інформацією. Прикладом використання цієї можливості може слугувати звуковий супровід про об’єкт, записаний на жорсткий диск. 3.2.3. Підсистема обробки інформації, моделювання й аналізу даних Підсистема обробки, моделювання й аналізу даних призначена для організації обробки даних, забезпечення процедур їх перетворення, мате- матичного моделювання та поєднаного аналізу шляхом генералізації 13 , агрегації 14 , встановлення параметрів і обмежень за допомогою моделю- ючих функцій. Задачі підсистеми обробки, моделювання й аналізу даних представ- лені на рис. 3.7. Рис. 3.7. Задачі підсистеми обробки, моделювання й аналізу даних 13 Генералізація картографічна (від лат. generalis – загальний) – процеси відбору й узагальнення географічних об’єктів (населених пунктів, річок тощо) для складання географічних карт. 14 Агрегація (від лат. aggregatio – приєднання) – злипання, з’єднання, утворення агрегату. Задачі підсистеми обробки, моделювання й аналізу даних Ін ф о р м ац ій ни й п о ш ук Ма ши н н а гр аф ік а Мо д ел ю в ан н я С та ти ст и чн и й ан ал із Г ен ер ац ія з в іт ів К ар то гр аф ув ан н я 132 Оскільки характерною особливістю ГІТ є обробка просторово-часо- вих, географічно координованих даних, то картографічні матеріали та цифрові зображення є як джерелами даних при створенні геоінфор- маційних фондів (бібліотек) ГІС, так і підсистемами подання, генерації й обробки картографічних даних. Аналітичний апарат ГІС прямо пов’язаний з різними галузями при- кладної математики (обчислювальної геометрії), з машинною графікою, розпізнаванням образів, аналізом сценаріїв, цифровою фільтрацією й автоматичною класифікацією в блоці обробки цифрових зображень растрових ГІС, геодезією та картографією. Аналіз даних є прерогативою користувача, однак підсистема аналі- зу дозволяє значно спростити і полегшити аналіз просторово пов’язаних даних, практично виключити ручну працю і значною мірою спростити розрахунки, виконувані користувачем. Цей блок є головним модулем ГІС, який, в основному, й визначає цільову спрямованість обробки даних для конкретної просторової задачі. Він складається з пакетів прикладних програм і процедур, які утворюють предметний геоінформаційних дода- ток. Основними функціями цього блоку є функції просторового аналізу. Ядром цієї підсистеми є система цифрового картографування (СЦК), яка виконує функції введення, редагування оперативного перегляду та інтерактивних вимірів цифрових карт і зображень. СЦК повинна забез- печувати комфортне середовище як для розробників основних компонент ГІС, так і для користувачів. Дуже важливою у даному випадку є технологія поєднання растро- вого і векторного форматів подання даних. Призначення СЦК – комплекс- не створення та редагування цифрових карт, елементів їх інформаційного забезпечення (системи умовних знаків і класифікатора інформації) з метою отримання й оновлення картографічних даних і створення моделей гeоінформаційних процесів. 3.2.4. Підсистема контролю, візуалізації та виведення інформації Після виконання будь-якого аналізу, потрібно подати результати цього аналізу. Програмні засоби ГІС повинні забезпечити візуалізацію просторових та інших графічних і відеоданих, а також результати вико- нання різних запитів. Крім того, ці засоби повинні мати можливості ство- рення "твердих копій" для різних широкоформатних пристроїв, таких, як струменеві плотери, принтери або машини для фотодруку. Підсистема контролю, візуалізації та виведення інформації при- значена для відображення всієї бази даних або її частини в табличній, діаграмній або картографічній формі. 133 У картографії (традиційній паперовій, її цифровому еквіваленті або комп’ютерній картографії), вихідним продуктом залишається карта, про- те, оскільки у карт бувають різні користувачі, то виведення даних може відбуватись у різних тематичних формах і форматах. У реальному житті типи можливого виведення даних диктуються сферою застосування ГІС або ПЗ, що використовується. Пристрої візуалізації даних представлені на рис. 3.8. Інтерфейс користувача ГІС повинен відповідати вимогам фізичного та психологічного комфорту користувача, бути ефективним, швидкодію- чим, володіти можливостями адаптації під конкретного користувача, поєднувати можливості інтерактивного введення, текстових і графічних меню, повинен забезпечувати багатовіконне відображення графічних да- них з можливістю відкриття необмеженої кількості вікон, пов’язувати з вікнами як різноманітні зображення, так і фрагменти одного і того ж зображення, поданих у різних масштабах. Рис. 3.8. Підсистема обробки й аналізу даних Ефективність і швидка дія інтерфейсу користувача повинні забезпе- чуватись за рахунок максимального використання можливостей, наданих апаратним забезпеченням (просторове та кольорове розрізнення графічних адаптерів, графічні співпроцесори) і системним програмним забезпечен- ням (багатовіконні графічні середовища, інтегровані оболонки програ- мування). Інтерфейс користувача повинен мати доступ до вбудованої та розвиненої системи допомоги (HELP-системи). Підсистема обробки й аналізу даних Слайд Відеофільм Мікрофіша Монітор Принтер, плотер Магнітні носії Експорт даних Інтернет Подання даних на паперові носії Подання даних на електронні носії П ід сис те м а в ив ед ення (в із уа л із аці ї) д аних П ід сис те м а под ання інф орм аці ї Інтерфейс користувача 134 3.3. Функції ГІС Функція (від лат. function – виконання, здійснення, завершення) – спе- цифічна діяльність системи, спрямована на виконання певних цілей. Під функцією ГІС зазвичай розуміють: • дію, її реакцію на навколишнє середовище; • множину станів виходів; • при описовому або дескрипторному підході вона виступає як властивість системи, яка розгортається в динаміці; • процес досягнення мети; • узгоджені між елементами дії в аспекті реалізації системи як цілісного утворення. Виконання ГІС своїх функцій називається функціонуванням системи. Поняття функції використовується в різних значеннях. Воно може оз- начати й здатність до виконання певних завдань і виконання певних завдань. Стратегію створення будь-якої ГІС визначають функції, які вона буде виконувати. Крім традиційних функцій, притаманних будь-якій ІС, – збору, збереженню, обробці й передачі інформації, – ГІС повинні володіти додатковими функціями розв’язку задач моделювання та прогнозування даних, підтримки прийняття рішень тощо. Умовно функції ГІС можна поділити на вісім груп (рис. 3.9) [22]. Рис. 3.9. Функції ГІС 135 1. Інформаційно-довідкові функції – створення та ведення банків просторово-координованої інформації, у тому числі: • створення цифрових (електронних) атласів. Перший комерційний проект розробки цифрових атласів – "Цифровий атлас світу" – був ство- рений у 1986 р. фірмою Delorme Mapping Systems (США). Можна також відзначити "Цифровий атлас Великої Британії" на оптичних дисках (роз- робка британського Domesday Project (1987)), "Цифрову карту світу" (Digital Chart of the Word) масштабу 1:1 000 000, розроблену Картографіч- ним агентством Міністерства оборони США в 1992 р. тощо і, нарешті, – електронну версію Національного атласу України, розроблену Інсти- тутом географії НАН України і фірмою "Інтелектуальні Системи, Гео" (Київ, 2000); • створення та ведення банків даних систем моніторингу. Наприк- лад, "Глобальний ресурсний інформаційний банк даних" (Global Resources Information Database, GRID), створений під егідою UNESCO в 1987– 1990 pp., і "Геоінформаційна система країн Європейського Співтовариства" CORINE, розроблена в 1985–1990 pp.; • створення й експлуатація кадастрових систем, насамперед автома- тизованих земельних інформаційних систем (АЗІС) або Land Information Systems (LIS), і муніципальних (або міських) автоматизованих інформа- ційних систем (МАІС), а також простороворозподілених автоматизованих інформаційних систем водного та лісового кадастрів, кадастрів нерухо- мості тощо. Програмне забезпечення роботи з просторовими даними в кадаст- рових системах складають програмні геоінформаційні пакети ArcInfo, Arc View GIS, MGE Intergraph, MapInfo (США), SICAD (Німеччина), ILWIS (Нідерланди) тощо. 2. Консультаційно-експертні функції – розв’язок задач обробки пер- винної інформації в межах довідково-аналітичних і експертних систем. 3. Функції автоматизованого картографування – створення високоякісних загальногеографічних і тематичних карт, які відповідають сучасним вимогам до картографічної продукції. Функції автоматизова- ного картографування повинні забезпечувати роботу з картографічними даними ГІС з метою їх відбору, оновлення й перетворення для вироб- ництва високоякісних карт і рисунків. Функції автоматизованого картографування повинні включати можливості: – векторно-растрових перетворень (rasterization, rasterisation, gridding, vector to raster conversion – синонім растеризація) – перетворення (конвертування) векторного подання просторових об’єктів у растрове шляхом присвоювання елементам растру значень, що показують належ- ність або неналежність їм елементів векторних записів об’єктів); 136 – растрово-векторних перетворень (vectoring, vectorization векто- ризація). Векторизацію можна виконувати вручну, інтерактивно прохо- дячи по комірках растру, або в автоматичному режимі; – перетворень координатної системи; – перетворень картографічних проекцій і масштабів; – "склеювання" окремих аркушів; – здійснення картометричних вимірів (обчислення площ, відстаней); – розміщення текстових написів і позамасштабних картографічних знаків; – формування макета для друку. 4. Функції просторового аналізу та моделювання природних, природно-господарських і соціально-економічних територіальних сис- тем, що ґрунтуються на унікальних можливостях, наданих картографіч- ною алгеброю, геостатистикою та мережевим аналізом, які складають основу аналітичних блоків сучасних інструментальних ГІС з розвине- ними аналітичними можливостями. Ці функції реалізуються в наукових дослідженнях, а також при вирішенні широкого кола прикладних завдань при територіальному плануванні, проектуванні й управлінні. Функції просторового аналізу повинні забезпечувати спільне вико- ристання й обробку картографічних і атрибутивних даних в інтересах створення похідних картографічних даних. Функції просторового аналізу повинні включати: – вимірювальні операції; – аналіз географічної близькості; – аналіз просторового розподілу об’єктів; – аналіз мереж; – топологічне накладення полігонів (оверлейні операції); – вимір атрибутивних даних; – інтерполяцію та ізолінійне картографування полів; – обчислення та побудову буферних зон. |