Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии
Подождите немного. Документ загружается.
данных ГИС (оверлей), что создает возможность применения
ряда стандартных математических алгоритмов, входящих в состав
ГИС. Наконец, этот метод позволяет использовать ряд процедур
пространственного анализа данных линейных объектов, т.е.
применять процедуры анализа 2D-объектов для объектов,
относящихся к классу 3D. Цифровое моделирование будет
подробно рассмотрено в разд.6. Здесь отметим лишь различие
между цифровой моделью рельефа и цифровой моделью
картографического отображения рельефа. В первом случае речь
идет об информационной структуре базы данных, во втором -об
информационной структуре, предназначенной для визуального
отображения цифровых данных с помощью дисплея или плоттера.
ВЫВОДЫ
Отечественная картографическая информация имеет
значительные отличия от аналогичной иностранной. Как правило,
иностранные программные средства не поддерживают напрямую
распространенные в нашей стране проекции, а информацию о типе
проекции и ее параметрах получить довольно сложно. Это
определяет преимущество отечественных разработок ГИС,
содержащих наборы нужных проекционных преобразований.
Моделирование в ГИС охватывает ряд областей, ранее не
объединявшихся для совместной обработки информации. Оно
включает построение проекта карты на основе методологии
САПР, проекционные преобразования, цифровое моделирование,
автоматизацию процедур генерализации, анализ сетей,
преобразование форм представления данных и др.
Интеграция данных в ГИС создает возможности для
качественного совершенствования моделировния (трехмерных
объектов или пространственных сетей) с целью использования
результатов моделирования в управлении, планировании, бизнесе.
Цифро
вые
модели
местно
сти
Цифровая модель местности
Свойства (геоинформационных)
объектов предметной области
Общие свойства моделей.
Множество методов
моделирования
6.1. Основные понятия
Развитие автоматизированных методов обработки
пространственной информации привело к появлению нового
направления в моделировании - цифрового моделирования.
Основной элемент цифрового моделирования - цифровая
модель местности (ЦММ), которая может быть получена с
помощью разнообразных технологий.
В отличие от всех рассмотренных выше моделей данных
цифровые являются их формой представления для обработки на
ЭВМ. Например, цифровая модель может иметь в качестве
структурной основы иерархическую, реляционную, сетевую или
комплексную модель.
Цифровые модели могут храниться в базах данных или
независимо в виде файловых структур. Наибольшее
распространение цифровые модели нашли в ГИС, строительстве,
архитектуре.
В настоящее время используют много определений ЦММ.
Различие между ними обусловлено различием исходных моделей и
задач, для которых эти ЦММ создаются. Тем не менее можно
выделить общие признаки ЦММ с помощью методов абстракции
для построения структур моделей.
Метод построения ЦММ на основе
обобщения
Структура ЦММ (рис. 6.1), построенная на основе обобщения,
т.е. с использованием принципа "цифровая модель есть часть ....",
отражает четыре основных свойства модели, вытекающие из ее
определения.
148
Модели организации данных для
хранения и компьютерной
обработки
Рис. 6.1. Структура цифровой модели местности (Е-
дерево), построенная на основе абстракции
"обобщения"
1. Как модель объекта конкретной предметной области она
должна
содержать специальную информацию о данной предметной
области:
элементы координатного и атрибутивного описания,
характеризующие
как саму предметную область, так и индивидуальные свойства
модели
руемых объектов.
2. Как модель вообще ЦММ должна быть определена на
известном
классе моделей, т.е. она должна иметь вполне определенную
структуру
и содержать в своей основе одну из базовых моделей данных (см.
разд. 3). Из этого свойства вытекает, что ЦММ должна обладать
общи
ми свойствами безотносительно к предметной области.
Следовательно,
логическая структура ЦММ, с одной стороны, должна
содержать индивидуальные свойства объектов, с другой - не
вступать в
противоречие с существующими методами описания и
использования
моделей данных.
149
3. ЦММ как модель цифровая должна быть оптимально
организова
на и удобна при работе на ЭВМ. Это означает, что для полной
реали
зации модели должна быть определена ее физическая струк
тура.
4. Как элемент базы данных ЦММ должна быть пригодна для
мо
делирования, многократного использования, анализа и решения
раз
личных задач. Отсюда следует, что ЦММ должна содержать допол
нительную информацию для ее многократного использования. Дру
гими словами, она должна быть информативно переопределена по
отношению к одиночной модели объекта, т.е. должна по
возможнос
ти содержать свойства (атрибуты) подкласса (группы) объектов, а
не
одного объекта. Это свойство необходимо учитывать при организа
ции технологии систем, использующих цифровое моделирование.
Оно
может быть реализовано путем организации баз данных для хране
ния ЦММ.
Такая организация подразумевает создание БД не как
хранилища или архива единичных ЦММ, а как проведение
дополнительных исследований для выявления класса моделей, к
которому принадлежит ЦММ и формирование БД для классов и
типов цифровых моделей. Кроме того, обязательным является
определение и установление связей между разными ЦММ одного
или разных классов.
Многочисленные попытки специалистов разработать
технологию автоматизированной системы на основе
неавтоматизированной технологии, решающей задачи получения
единичного продукта, всегда приводили к резкому увеличению
трудозатрат и стоимости работ. К сожалению, такие специалисты
не отличают концепции ручных технологий от
автоматизированных.
Напомним, что неавтоматизированная технология нацелена на
изготовление одиночного продукта (например, плана
определенного масштаба или издательских оригиналов одной
тематики, одного масштаба). Поэтому в таких технологических
процессах до минимума сведены необходимость получения
дополнительной информации и возможность изменения методов
обработки информации.
Напротив, автоматизированная технология должна быть
нацелена на изготовление совокупности (серий) различных
продуктов. Она в отличие от ручных технологий позволяет хранить,
модифицировать и использовать в различных сочетаниях как
информацию, так и методы ее обработки. Эффект от такой
технологии возрастает с течением времени, по мере заполнения базы
данных и ее оптимального использования. Информация
накапливается не только в виде суммы данных о единич-
150
ных объектах, но и в виде взаимосвязанных методов
преобразования информации и накапливаемой суммы свойств и
связей классов объектов.
Именно для возможности многократного применения
информационная модель базы данных должна быть
переопределена (более информативна) по сравнению с
информационной моделью ручной технологии для получения
разового продукта.
Поэтому четвертое свойство ЦММ должно быть учтено при
организации информационной основы ГИС. Обобщенное
описание цифровых моделей местности должно выполняться на
уровне типов, т.е. для этого необходимы предварительный анализ
и последующая максимальная типизация пространственных
объектов.
Индивидуальные свойства конкретного объекта должны
выражаться на уровне знаков. Такое сочетание индивидуального и
обобщенного описания в теории моделей данных известно под
названием классификация (см. разд. 3). Следовательно, для
полного создания ЦММ должна быть предварительно разработана
система классификации или некий классификатор.
Метод построения ЦММ на основе
агрегации
Метод построения моделей данных на основе агрегации
дополняет метод обобщения. Схема агрегативного построения
ЦММ (рис. 6.2), как и описание ЦММ (см. рис. 6.1) выполнена в
виде Е-дерева (иерархическая модель). Агрегативная модель дает
наглядное представление о том, что ЦММ входит в класс общих
цифровых моделей и подкласс цифровых моделей
геоинформационных объектов. Метод пошаговой детализации
позволяет выделять части и элементы ЦММ.
В автоматизированных системах пространственной обработки
данных имеется несколько основных типов цифровых моделей:
цифровая модель местности, цифровая модель объекта (ЦМО),
цифровая модель карты (ЦМК).
В агрегативной модели ЦМК и ЦМО являются
"порожденными" или "ветвями". Объекты более низких уровней,
например "цифровая модель рельефа", "планы", получают путем
пошаговой детализации. ЦМО выделена в отдельный тип, так как
при решении ряда задач в ГИС и САПР она используется
независимо.
Между ЦММ и ЦМК существует разница: ЦММ определяет
модель базы данных, ЦМК- модель представления данных, т.е.
представление ЦММ.
151
Цифровая модель
Цифровая модель
геоинформационных объектов
Цифровая модель первичной
информации
Цифровая модель
первичных
картографических
данных
База данных
Цифровая модель местности
Цифровая модель объекта
Чертежи
Цифровая модель карты
Цифровая модель
гидрографии
Рис. 6.2, Схема построения агрегативной ЦММ
Цифровая
модель
первичных
фотограмметр
Метада
нные
Цифровая
модель
Цифровая
модель
Цифровая
модель
сбора
геодезической
Планы Разрезы
Цифровую карту можно определить как
цифровую модель геоинформационной системы,
представленную в виде композиции из одного или
нескольких слоев. На цифровой карте фиксируются
пространственные объекты, связи и отношения
между ними, а также пользовательские
идентификаторы пространственных объектов,
обеспечивающие связь с их атрибутивными
данными.
Атрибутивные данные объектов хранятся в виде
таблиц, каждая запись в которых соотносится с
определенным пространственным объектом
цифровой карты через пользовательский
идентификатор, указанный и в записи, и в цифровой
карте.
Кроме атрибутивного описания содержательная
определенность объектов фиксируется в виде
конкретных тематических слоев согласно принятой
схеме выделения на исходной карте.
Пространственная определенность объектов на
цифровой карте фиксируется в соответствующем
выделении слоев цифровых карт по типу
пространственных объектов (полигоны, линии и
точки).
В контексте данной концепции цифровая модель
карты представляет собой отображение цифровой
модели местности с помощью средств
компьютерной визуализации. Этот подход наглядно
прослеживается в технологии работ ряда ГИС.
Примером может служить модульная система МОЕ,
в которой аналогом цифровой модели местности
выступает объект системы - проект карты. Для
отображения проекта (ЦММ) осуществляют
преобразование - генерацию чертежа. Аналогом
ЦМК будет сгенерированный чертеж.
ЦМК можно определить как подмножество
ЦММ, сформированное для визуального
отображения пространственно-временных данных.
Следует подчеркнуть, что ЦММ и ЦМК являются
дискретными моделями. Но в процессе отображения
ЦМК преобразуется в аналоговую модель -
аналоговую карту.
Как показывает опыт и системный анализ,
обобщенная геоинформационная система имеет три
технологических уровня обработки данных: сбор,
обработка и хранение, представление. В соответствии с этим
понятие цифровой модели может быть интерпретировано для
разных уровней (см. рис. 6.2).
При сборе первичной информации получают различные
первичные цифровые модели (цифровая модель первичных
данных), которые представляют собой совокупность точечного,
параметрического и символьного множеств. По существу, это
наборы данных, которые, не будучи полной цифровой моделью,
служат основой ее формирования. Они могут быть получены с
помощью разных технологий и
153
средств, характеризуются большим разбросом форматов и структур
данных, в целом не являются некоей унифицированной
информационной основой.
На уровне обработки и хранения эти разнообразные наборы
цифровых данных преобразуются в унифицированные наборы и
структуры в соответствии с требованиями хранения в базе данных
и становятся элементами единой информационной модели
(информационной основы).
Однако и здесь мы имеем не саму цифровую модель, а лишь
исходные (избыточные) данные для ее создания. Упрощенно
говоря, на этом уровне вся исходная информация унифицируется,
реструктурируется и размещается в таблицы базы данных.
На уровне представления происходит окончательное создание
цифровой модели местности в соответствии с требованиями на
проектирование (или построение) ЦММ на основе информации,
хранимой в базе данных (см. рис. 6.2).
На этом уровне определяют внешние и внутренние ключи
таблиц, устанавливают связи между таблицами, определяют
метаданные. Исходная унифицированная информационная основа
преобразуется в систему.
В общем виде ЦММ может быть определена как совокупность
множеств метрической, семантической, параметрической
информации и класса операций преобразования над этими
множествами.
Дальнейшие детализация и квантификация отмеченных
множеств на структурную, топологическую, таксонометрическую и
другие виды не представляются целесообразными ввиду того, что
они не меняют качественно описания ЦММ и класса ее
преобразований.
6.2. Характеристики
цифровых
моделей
Для описания свойств ЦММ рассмотрим схему (рис. 6.3), пред-
ставляющую собой Е-дерево, хорошо знакомую нам
иерархическую модель. Данная структура не претендует на
полноту описания. Она носит скорее мифологический, чем
даталогический характер, и построена в целях отражения основных
и вспомогательных свойств и характеристик.
Основные типы информации
Цифровые модели оперируют с различными типами
информации (см. рис. 6.3).
Рис. 6.3. Основные характеристики цифровых моделей
(начало)
Рис. 6.3. Основные характеристики цифровых
моделей (продолжение)
Рис. 6..3. Основные характеристики цифровых
моделей (окончание)