ДеМерс Майкл Н. Географические информационные системы. Основы

Подождите немного. Документ загружается.

линий, описывали бы расположение области набором пар координат. Этот

подход сокращает расходы на выборку и отображение, но нарушает первую

нормальную форму. Обычно с точки зрения пользователя это не является

серьезной проблемой, а группировка этих неатомизированных цепочек

данных в виде одномерных массивов в одной колонке обеспечивает более

высокую производительность системы [Dimmick, 1985] при более строгом

выполнении правил первой нормальной формы

[Sinha

and

Waugh,

1988].

Выбор гибридной или интегрированной системы для большинства

пользователей вопрос скорее прагматический, чем технический. Каждая

имеет свои достоинства, и с переходом к более мощным компьютерам,

сетевым технологиям и распределенным вычислениям обе могут дать

широкий спектр аналитических возможностей. Для большинства из нас, во

всяком случае для новичков, выбор будет сделан другими. Те же, кто

находится в более завидном положении самостоятельного выбора, хотят

определить, какая из них лучше всего соответствует имеющемуся

оборудованию и будущим сетевым потребностям. Оба типа систем

совершенствуются, и нужно будет запросить у поставщика подробные

спецификации и даже тесты производительности на заданных аппаратных

конфигурациях.

Помимо двух уже рассмотренных моделей высокого уровня на сцену

выходит третья, называемая объектно-ориентированной моделью данных. Эта

модель включает язык пространственных запросов

[Healy,

1991] и отражает

признание того факта, что требуется объектно-ориентированный доступ и

к БД ГИС и к выполняемым с ней операциям. Идеи, лежащие в основе этих

систем практически идентичны объектно-ориентированному подходу в

программировании

[Aronson,

1987].

Относительно понятия "объектно-ориентированный" не существует

общего соглашения, но известно, что "объект" это есть некая сущность,

которая имеет состояние, представляемое локальными переменными (этого

объекта) и набором операций, которые могут применяться к этому объекту*.

Поскольку каждый отдельный объект принадлежит какому-то множеству

объектов и операций, его можно рассматривать как член этого класса (т.е.

множества, определенного одновременно наборами локальных переменных

и операций). Каждый из этих классов наследует свойства от своего надкласса

- подобно тому, как люди наследуют характеристики более общего

множества, называемого млекопитающими. В случае ГИС для иллюстрации

этой идеи можно привести пример класса объектов полигон, который дает

каждой области в базе данных все ее свойства (например, списки узлов, дуг

и областей; процедуры вычисления центроидов, отображения, наложения

* для полноты следует еще упомянуть и события, которые может порождать объект —

прим, перев.

полигонов и т.д.) (Рисунок

4.20).

Объект

Полигон

Полигон!

•Н

Участок

земли

Полигон2

Участок

Рисунок

4.20.

Объектно-ориентированная

ГИС.

Пример

иерархии

классов

объектов, как они

могли

бы

быть сконфигурированы

в объектно-

ориентированной

ГИС.

Кроме того, в контексте ГИС класс объектов полигон является надклассом

по отношению к множеству объектов, называемых участок земли. Таким

образом, объекты этого класса наследуют переменные и операции надкласса

полигон, а также имеют свои собственные характеристики (например,

категория участка, его цена, владелец, процедуры передачи собственности,

перезонирования). Эта явная связь переменных и операций, вместе со

наследованием свойств, лучше соответствует реальным географическим

запросам. Она также обеспечивает метод передачи изменений в одном

множестве объектов связанным с ним объектам.

Примером объектно-ориентированной ГИС является система

INTERGRAPH

TIGRIS

[Herring,

1987],

которая основана на объектно-

ориентированном программировании, а не на новых разработках объектно-

ориентированных СУБД. Эта технология очевидно проникает в среду ГИС,

но пока объектно-ориентированные подходы предлагают лишь некоторые

потенциально мощные инструменты географического моделирования и не

являются широко доступными для массового потребителя. Недостаточная

ориентированность на конечного пользователя не должна отпугивать тех,

кто желает с ними поэкспериментировать, особенно если бюджет

организации позволяет иметь несколько систем.

Вопросы

Объясните фундаментальную разницу между простым набором

графических примитивов и картой с точки зрения представления

графической информации. В чем трудность в переносе карты в компьютер?

2. Если мы собираемся главным образом пользоваться программами, а

не писать их, то почему мы должны знать об основных структурах файлов,

структурах баз данных и графических структурах данных?

чем различие структур неупорядоченного и упорядоченного файла?

Какая из них более эффективна для добавления записей? Какая более удобна

для поиска записей? Приведите пример того, как работает структура

упорядоченного файла.

4. Что такое индексированные файлы? Чем они отличаются от

упорядоченных файлов? В чем их достоинства? Какая из них более

эффективна для поиска данных?

5. Что такое иерархическая структура базы данных? Как она работает?

Приведите пример. Каковы ее ограничения, особенно с точки зрения ГИС?

120

6. Что такое сетевая структура БД? Как в ней отслеживаются записи? В

чем ее преимущества и недостатки по сравнению с иерархическими

системами?

7. Что такое реляционная СУБД? Как она работает? Какие преимущества

и недостатки она может иметь по сравнению с СУБД других типов?

8. Что такое первичный ключ? Отношение? Внешний ключ?

Реляционное соединение?

9. Что такое нормальные формы? Перечислите первые три нормальные

формы и опишите ограничения, которые они накладывают на СУБД.

10. Опишите процесс квантования пространства на ячейки растра одного

размера. Как влияет размер ячеек на точность определения местоположения?

Как бы вы записали точки, линии и области с использованием растровой

системы?

11.

В чем возможные преимущества и недостатки использования

растровых ГИС по сравнению с векторными?

12. Опишите векторную структуру графических данных. Чем она

отличается от растровой по своей способности выражать положения

объектов в пространстве? Как она обходится с пространством между

объектами и другими пространственными отношениями по сравнению с

растром?

13. Опишите методы сжатия растровых данных. Зачем они нужны?

Какова главная проблема представления наземных объектов с помощью

квадродерева по сравнению с методом блочного кодирования?

14. Опишите векторную спагетти-модель. Каковы ее преимущества и

недостатки?

15. Опишите базовую топологическую векторную модель данных. Чем она

отличается от спагетти-модели? Как достигается эта разница? Приведите

примеры топологических моделей. Опишите их различия. Каковы

преимущества и недостатки каждой?

16. Какой метод может применяться для сжатия векторных данных? Как

он работает?

17. Опишите модель TIN. Как она квантует пространство в отличие от

растровых моделей? Почему нужно разрабатывать такую модель для

векторных ГИС?

18. В чем главное различие между гибридными и интегрированными

ГИС? Изобразите хранение и доступ к данным в каждой системе.

19. Объясните в общих словах, что такое объектно-ориентированная ГИС

и укажите ее потенциальные преимущества перед другими системами.

Глава

Ввод

данных в ГИС

Приготовления к нашему путешествию близятся к концу. Мы осмотрели

наш инструментарий и разработали концептуальную основу для

исследования нашего мира, теперь нам нужно сложить все наши

инструменты в целостный, удобный комплект. Мы начнем с подготовки

карт, подобно тому, как мы начинали бы настоящее путешествие. В данном

случае мы посетим цифровой мир, где можем исследовать наземные объекты

и их отношения. Готовясь к путешествию, нам нужно решить, какие карты

нам понадобятся, выбрать подходящий масштаб, собрать сами карты,

отметить на них важные ориентиры и маршруты, которые будут нас

направлять. Для нашего цифрового путешествия мы должны собрать карты

и все важные характеристики, подготовить их для ввода в наш цифровой

мир и ввести их в согласованном виде в базу данных ГИС. Тогда мы сможем

исследовать их элементы и их отношения.

Как и в случае с обычными путешествиями, ожидания часто затмевают

важность приготовлений. Нам хочется поскорее начать исследование нашего

цифрового мира, задавать вопросы, наблюдать мириады явлений. Но если

мы не подготовлены должным образом, мы можем вскоре обнаружить, что

заблудились. Да, подготовка не увлекает, она скучна, часто трудна и требует

времени. В случае ГИС одно только построение базы данных часто занимает

три четверти времени. В коммерческих приложениях это означает, что три

четверти стоимости системы также уйдет на эту операцию и редактирование,

о котором пойдет речь в следующей главе.

Постарайтесь запомнить, что хорошая подготовка приводит к успеху как

реального, так и "цифрового" путешествия. Запаситесь терпением и

временем для изучения методов, которые вам понадобятся, и потренируйтесь

в обнаружении возможных проблем, которые вносят ложку дегтя в бочку

меда хорошей БД ГИС. При том, что процесс ввода медленен и часто

болезнен, внимание, проявленное по отношению к нему в первый раз, даст

значительный выигрыш

дальнейшем, при редактировании. На самом деле,

поиск и исправление одной ошибки иногда может потребовать гораздо

больше времени, чем нужно для корректного ввода данных. И, конечно, чем

меньше вам придется просидеть за редактированием, тем раньше вы сможете

начать основную работу.

Есть много способов ввода данных. Одни выглядят примитивными, вроде

помещения прозрачной сетки на карту. Другие - более современны, так как

используют устройства цифрового ввода - дигитайзеры и сканеры.

Возможно, в вашем курсе геоинформатики будут практические

упражнения по вводу карт в ГИС. Даже если и нет, то наверняка вам удастся

пообщаться с людьми, которые выполняют ввод в рамках каких-то

исследований. Потратьте некоторое время, наблюдая этот процесс. Это

наблюдение или ваши собственные упражнения дадут вам представление о

том, насколько длителен процесс создания базы данных со многими

картографическими покрытиями. По меньшей мере, это научит вас ценить

эту работу и время, потраченное при использовании данной подсистемы

ГИС.

Это также позволит вам оценить, какую экономию времени можно

получить, если есть возможность приобретения готовых цифровых данных.

ПОДСИСТЕМА ВВОДА

Перед тем, как мы сможем использовать структуры данных, модели и

системы, рассмотренные в Главе 4, мы должны преобразовать нашу

реальность в форму, понимаемую компьютером. Методы, при помощи

которых это будет сделано, зависят в некоторой степени от имеющегося

оборудования и от конкретной системы, что под рукой. Независимо оттого,

что у нас за система и как мы собираемся вводить в нее пространственные

данные, подсистема ввода будет иметь общие с другими характеристики. Во-

первых, она спроектирована для переноса графических и атрибутивных

данных в компьютер. Во-вторых, она должна отвечать хотя бы одному из

двух фундаментальных методов представления графических объектов -

растровому или векторному. В-третьих, она должна иметь связь с системой

хранения и редактирования, чтобы гарантировать сохранение и возможность

выборки того, что мы введем, и что можно будет устранять ошибки и вносить

изменения по мере необходимости.

Устройства ввода

Самые разные типы устройств использовались и используются для ввода

информации в компьютер. Большинство из них, если не все, в большей или

меньшей степени используются сегодня для ввода в ГИС. Возможно, первым

подходом к картографическому вводу было утомительное и подверженное

ошибкам использование прозрачного материала с нанесенной сеткой, с

помощью которого данные, ячейка за ячейкой, вводились вручную в

компьютер. В большинстве случаев ячейкам растра присваивались числовые

значения, которые, опять же вручную, друг за другом вносились в компьютер.

Это требовало применения некоторого правила, определяющего, где внутри

ячейки растра помещался вводимый объект. В качестве такой точки может

использоваться центр ячейки или любой из четырех ее углов (имеется в виду

растр из прямоугольных ячеек). В то время как знание точного положения

точки пространственной привязки каждого элемента принципиально

необходимо для векторных систем, также важно определить это и для

растровых данных, которые будут представляться внутри компьютера

ячейками растра. Представьте себе, например, измерение расстояния на

основе количества ячеек растра: вам нужно будет знать, от чего вы

отсчитываете, - от сторон ячеек или от их центров. В конце концов, помните,

что всякая ячейка растра занимает некоторую площадь. И чем больше эта

площадь (т.е. чем ниже разрешение), тем более значимым становится этот

вопрос.

Хотя большинству из нас не придется вводить данные с помощью

прозрачной сетки, в некоторых мелких проектах это все-таки бывает нужно,

как и в некоторых учебных заведениях, где желают продемонстрировать

процесс оцифровки на его первобытном уровне. Обычно вы будете работать

с более современным и сложным оборудованием. Для ручного ввода

пространственных данных стандартом является дигитайзер (digitizer). Он

является более совершенным и гораздо более точным родственником

наиболее широко используемого графического манипулятора - мыши,

которую пользователь может свободно перемещать по практически любой

поверхности. Внутри мыши находятся датчики, которые реагируют на

вращение резинового шара, помещенного внутрь корпуса мыши. Для

увеличения точности подобного устройства в дигитайзере используется

электронная сетка на его столике.

К столику присоединено подобное мыши устройство, называемое

курсором, которое перемещается по столу в различные положения на карте,

которая к этому столу прикреплена. Курсор обычно имеет перекрестие,

нанесенное на прозрачную пластинку, которое позволяет оператору

позиционировать его точно на отдельных элементах карты. Кроме того, на

курсоре размещены кнопки, которые (число их зависит от уровня сложности

устройства) позволяют указывать начало и конец линии или границы

области, явно определять левые и правые области и

х-Д-

Использование

кнопок определяется в основном спецификой программы ввода.

Рабочая поверхность дигитайзера может быть гибкой или жесткой,

размерами от книжной страницы до очень больших форматов для

размещения больших карт, даже с запасом (Рисунок 5.1). Некоторые из

крупноформатных дигитайзеров имеют подъемно-поворотное основание,

позволяющее оператору устанавливать оптимальное для работы положение

стола. Размер стола определяются частично размером вводимых документов,