23. Модели пространственных данных и ее базовые элементы

Модели пространственных данных – отражают логические правила формализованного цифрового описания объектов реальности как пространственных объектов. Из цифровых представлений пространственных данных (которые и принято называть моделями пространственных данных) состоит база данных любой ГИС.

Традиционно различают базовые модели пространственных данных:

– векторные модели, подразделяемые на два типа — векторные топологические и нетопологические модели;

– растровые модели;

– регулярно-ячеистые модели, формально схожие с растровыми.

Векторная модель — представление пространственных объектов набором координатных пар, описывающее «геометрию» объектов и их пространственную локализацию.

Векторная модель используется для представления точечных, линейных и площадных объектов, обычно идентифицируемых в терминах координат (с этим фактом связано название «векторная модель»): местоположение точки описывается простым набором координат в двух- или трехмерном пространстве, линии — упорядоченным набором координат точек, область — границей, состоящей из одной или более замыкающихся линий. Такая модель особенно удобна для представления дискретных объектов в соответствии с объектно-ориентированной моделью отображения реальности.

Векторная модель хорошо подходит для представления топографических данных и границ объектов. Разновидностью векторной модели является векторно-топологическая модель данных, которая помимо геометрии описывает также взаимное расположение объектов — их топологические отношения («справа», «слева», «внутри», «примыкает» и т. п.).

Растровая модель — представление, аппроксимирующее пространственные объекты и их непрерывные географические изменения совокупностью ячеек конечного размера — растром.

Растровые модели удобны для хранения и анализа данных, распределенных непрерывно на некоторой области (объекты или явления — на некоторой территории) в соответствии с моделью географических полей. Растр представляет собой матрицу элементов изображения (пикселов) с присвоенными им кодами, идентифицирующими либо цвет изображения, либо класс объекта. Значения пикселов могут быть результатами измерений, вычислений или интерполяции.

Регулярно-ячеистые модели – формально схожие с растровыми; создаются путем построения регулярной прямоугольной (гриды, GRID) или треугольной (триангуляция) сети, их построение в ГИС используют для задач географического анализа и моделированиянепрерывных распределений данных.

Размер растра (пиксела) или ячейки сети определяет пространственное разрешение данных – их пространственную детальность, и позволяет оценить точность (достоверность) моделирования. Разрешение связано с масштабом представления данных или сложностью рисунка местности или карты.

В основе организации пространственных данных в ГИС лежит послойное представление пространственных объектов в БД.

Каждый слой — это регистрация изменения одного признака, способ регистрации определяется выбранным способом дискретизации, описываемым соответственно векторной или растровой моделью пространственных данных.

Слой представляет один тип таких объектов (точечных, линейных или полигональных) или группу концептуально взаимосвязанных типов объектов. Например, слой может включать линейные объекты, представляющие только линии водотоков, или же водотоки, озера, береговую линию и болота. Возможно также объединение представлений всех объектов в один слой, подобный, например, физико-географической карте. Такое описание позволяет моделировать территорию путем наложения разных тематических «срезов» (слоев) координатно-определенных данных (подобие слоеного пирога).