2. Структуры данных

Для представления пространственных данных в ГИС  применяют векторные и растровые структуры  данных.

Векторная структура – это представление пространственных  объектов в виде набора координатных пар (векторов), описывающих геометрию объектов (рис.1).

Рис. 1. Векторное представление пространственных  данных

 Растровая структура данных предполагает представления данных в виде двухмерной сетки, каждая ячейка которой содержит только одно значение,  характеризующее объект, соответствующий ячейке растра на местности или на изображении. В качестве такой характеристики может быть код объекта (лес, луг и т.д.) высота или оптическая плотность.

  Точность растровых данных ограничивается размером ячейки. Такие структуры являются удобным средством анализа и визуализации разного рода информации.

Рис. 2.  Растровая структура данных

 

Для реализации растровых и векторных структур разработаны различные модели данных.

3. Модели данных

Модели пространственных данных – логические правила для формализованного цифрового описания пространственных объектов.

Векторные модели данных. Существует несколько способов объединения векторных структур данных в векторную модель данных, позволяющую исследовать взаимосвязи между объектами одного слоя или между объектами разных слоев. Простейшей векторной моделью данных является «спагетти»- модель (рис.3). В  этом случае переводится «один в один» графическое изображение карты.

Объект	номер	Положение
Точка	5	Одна пара координат (x,y)
Линия	16	Набор пар координат  (x,y)
Область	25	Набор пар координат  (x,y), первая и последняя совпадают

Рис. 3.  «Спагетти»-модель

 

В этой модели не содержится описания отношений между объектами, каждый геометрический объект хранится отдельно и не связан с другими, например общая граница объектов 25 и 26 записывается дважды, хотя с помощью одинакового набора координат. Все отношения между объектами должны вычисляться независимо, что затрудняет анализ данных и увеличивает объем хранимой информации.

Векторные топологические модели (рис. 4) содержат сведения о соседстве, близости  объектов и другие, характеристики взаимного расположения векторных объектов.

 

Файл узлов
Номер дуги	Координата X	Координата Y
1	19	6
2	15	15
3	27	13
4	24	19

 

Файл областей
Номера областей	Список дуг
1	1, 4, 3
2	2, 3, 5
3	5, 6, 7, 8

 

Файл дуг
Номер дуги	Правый полигон	Левый полигон	Начальный узел	Конечный узел
1	1	0	3	1
2	2	0	4	3
3	2	1	3	2
4	1	0	1	2
5	3	2	4	2
6	3	0	2	5

Рис. 4. Векторная  топологическая  модель данных

 

Топологическая информация описывается набором узлов и дуг. Узел - это пересечение двух или более дуг, и его номер используется для ссылки на любую дугу, которой он принадлежит. Каждая дуга начинается и заканчивается либо в точке пересечения с другой дугой, либо в узле, не принадлежащем другим дугам. Дуги образуются последовательностью отрезков, соединённых промежуточными точками. В этом случае каждая линия имеет два набора чисел: пары координат промежуточных точек и номера узлов. Кроме того, каждая дуга имеет свой идентификационный номер, который используется для указания того, какие узлы представляют её начало и конец.

Разработаны и другие модификации векторных моделей, в частности,  существуют специальные векторные модели для представления моделей поверхностей, которые будут рассмотрены далее.

Растровые модели используются в двух случаях. В первом случае – для хранения исходных изображений местности. Во втором случае, для хранения тематических слоев, когда пользователей интересуют не отдельные пространственные объекты, а набор точек пространства, имеющих различные характеристики (высотные отметки или глубины, влажность почв и т.д.), для оперативного анализа или визуализации.

Существует несколько способов хранения и адресации значений отдельных ячеек растра, и их атрибутов, названий слоев и легенд.

При использовании растровых моделей актуальным является вопрос сжатия растровых данных, для которого разработаны методы группового кодирования, блочного кодирования, цепочного кодирования и представления в виде квадродерева.