Printsipi_GIS_A5_Shipulin

інтенсивність усіх 3 каналів рівна 0 утворює чорний колір

Таким чином, кожен колір чарунки можна представити кодом в цифровому вигляді у вибраній колірній системі.

2.4.2.9 Зонування

У растровій моделі зона – це цілісний об'єкт, що визначається множиною суміжних чарунок, які мають однакові значення. У багатьох випадках зонування виконують за допомогою класифікації значень (табл.2.4.1)

Рис. 2.4.12 – Зони вартості

2.4.2.10 Таблиця атрибутів растру

Растри, які мають цілі значення, представляються таблицею атрибутів із записами атрибутів для кожного унікального значення чарунки. У таблиці атрибутів растру обумовленими полями є Значення (Value) і Кількість чарунок (Count). У таблиці може бути додане призначене для користувача поле.

Рис. 2.4.13 – Атрибути растру

Растри з цілими значеннями надають можливість виконання операцій з таблицями – додавання полів, обчислення, модифікація значень й ін. Растри з дійсними значеннями такої можливості не мають.

2.4.2.11 Растрові шари

За визначенням кожній чарунки привласнюється єдине значення. Разом ці значення створюють один растровий шар.

Приклад вмісту окремого шару: результат однієї смуги ДЗЗ із супутника дає рівень радіації, часто зареєстрований як число між 0 і

101

255 (8 бітів). Сцена, що класифікується, позначає різні типи використання землі, наприклад:

1 = забудовані землі, 2 = культивована земля, 3 = водні об'єкти.

Слід звернути увагу на те, що будь-який зразок бітів може використовуватися, щоб позначити клас. Ці зразки бітів могли б відповідати числам, або буквам, або знакам в схемі кодування знаків комп'ютера, наприклад, * = забудовані землі, & = культивована земля, $ = водні об'єкти.

За наявності різних наборів значень одних і тих же чарунок матриці формують різні растри. База даних може містити багато таких шарів. Для спільного їх використання потрібний:

просторовий збіг кожного шару з усіма іншими шарами,

ідентичні числа рядів і колонок,

ідентичні місця розташування у плані.

2.4.3 Зберігання растрових даних

Растри застосовуються для зберігання і обробки даних дистанційного зондування, для створення і аналізу цифрових моделей поверхні, при візуалізації геоданих і так далі. Для зберігання растрових даних розроблена множина варіантів кодування растрових структур. Деякі з них економніше витрачають пам'ять, інші дозволяють отримувати швидші алгоритми.

Спосіб повного представлення (Exhaustive representation) – це пряме введення однієї чарунки за іншою. Растрове зображення зазвичай розкладається по рядку зверху – зліва. При цьому порядку сканування в кінці кожного рядка відбувається стрибок на початок наступного рядка. Таким чином, двовимірне чарунчасте зображення зберігається в пам'яті комп'ютера у вигляді одновимірної послідовності значень. Це найпростіший спосіб введення даних растрових моделей.

102

Рис. 2.4.14 - Спосіб повного представлення

Спосіб послідовного кодування (Run-length encoding) заснований на фіксації значення, що повторюється, і позиції – номеру колонки з останнім цим значенням.

2.4.4. Стискування растрових даних

Найпростіший спосіб введення даних растрових моделей - пряме введення однієї чарунки за іншою. Недоліками цього підходу є вимоги великого об'сягу пам'яті в комп'ютері і значного часу для організації процедур введення-виводу. Наприклад, знімок штучного супутника Землі Lansat має 74 000 000 елементів растру. Це вимагає величезних ресурсів для зберігання даних.

При растровому введенні інформації у ГІС виникає проблема її стискування, оскільки разом з корисною інформацією може потрапляти і надлишкова (у тому числі даремна) інформація.

Стискування даних (Data compression) - процес, що забезпечує зменшення об'сягу даних шляхом скорочення їх надмірності. Стискування даних пов'язане з компактним розташуванням порцій даних стандартного розміру. Розрізняють стискування з втратою і без втрати інформації.

2.4.4.1 Метод групового кодування

У деяких форматах графічних файлів використовується стискування зображення, засноване на заміні тривалих послідовностей значень, що повторюються, парою "значення, кількість повторів".

Для стискування інформації, отриманої із знімка або карти, застосовується кодування ділянок розгортки або метод групового кодування, що враховує те, що значення повторюються в декількох чарунках. Суть методу групового кодування полягає в тому, що дані вводятся парою чисел: перше позначає довжину групи, друге - значення. Зображення проглядається по рядкам, і як тільки певний тип елементу або чарунки зустрічається вперше, він позначається признаком початка. Якщо за даною чарункою слідує ланцюжок чарунок того ж типа, то їх число підраховується, а остання чарунка позначається ознакою кінця. В цьому випадку в пам'яті зберігаються тільки позиції помічених чарунок і значення відповідних лічильників. Вживання такого методу значно спрощує зберігання і відтворення зображень (карт), коли однорідні ділянки (як правило) перевершують розміри однієї чарунки.

Звичайно введення здійснюють зліва направо, зверху вниз. Розглянемо, наприклад, бінарний масив матриці 5x6 (рис. 2.6.16):

104

Рис. 2.4.16 – Масив значень

При використанні методу групового кодування він буде вводиться таким чином:

30312031303120511051

Замість 30 необхідно тільки 20 елементів даних. У розглянутому прикладі коефіцієнт стискування складає 1:1,3. Економія становить 30 %. На практиці при роботі з великими масивами бінарних даних потрібне набагато більше стискування.

Метод групового кодування має обмеження і може використовуватися далеко не у всіх ГІС. Елементи бінарної матриці, тобто растровій моделі, можуть приймати тільки два значення: "1" або "О". Ця матриця відповідає черно-білому зображенню. На практиці можливо півтонове або колірне зображення. У цих випадках значення у чарунках растрової моделі можуть розрізнятися за типами. Тип значень у чарунках растру визначається як вихідними даними, так і особливостями програмних засобів ГІС. Як значення растрових даних можуть бути застосовані цілі числа, дійсні (десяткові) значення, буквені значення.

2.4.4.2 Методи, засновані на порядку сканування

Географічні дані зазвичай автокорельовані. Це означає, що сусідні чарунки растрової моделі мають велику вірогідність бути однаковими, чим роз'єднані, а географічні об'єкти утворюють на растровому зображенні плями.

Спосіб двонаправленого сканування рядків (спосіб Boustrophedon –

по назві бика, що спахує поле) заснований на зміні порядку кодування: непарні рядки кодуються зліва направо, а парні – у зворотному напрямі. Тепер при переході до нового рядка перша чарунка є суміжною останньої чарунки старого рядка.

105

Рис. 2.4.17 – Матриця сканування

Порядок сканування растру способом повного представлення:

Порядок сканування растру способом двонаправленого кодування:

У лінійному розкладанні растру автокореляція значень чарунок враховується тільки по одному напряму (по рядку). При цьому підвищується ефективність кодування.

З метою обхвату лінією обходу двовимірних плям растрової моделі розроблений ряд прийомів сканування чарунок. Наприклад, порядок сканування Мортона (Morton, який вперше використав цей спосіб у Canada GIS) заснований на ієрархічному розбитті карти. При скануванні растру за Мортоном лінія сканування є фракталом (геометрична фігура, частини якої подібні до неї самої). Недоліками цього порядку сканування є присутність стрибків між чарунками і можливість кодувати тільки растри розміру, кратного двом. У порядку сканування Пеано відсутні скачки між чарунками. Ламана лінія Дж. Пеано (1890) має базовий П-образний шаблон, який обертається від рівня до рівня так, щоб забезпечити безперервність лінії сканування.

2.4.4.3 Квадротомічне дерево

Квадротомічне представлення (Quadtree) - один із способів представлення просторових об'єктів у вигляді ієрархічної деревовидної структури. Він заснований на декомпозиції простору на квадратні ділянки, або квадратні блоки, квадранти (quarters, quads), кожен з яких ділиться рекурсивно на чотири квадрати, вкладених до досягнення деякого рівня - числа Мортона (Morton order), що забезпечує необхідну детальність опису об'єктів, еквівалентну роздільної здатності растру

[16].

106

Квадротомічне дерево звичайно використовується як засіб зниження часу доступу, підвищення ефективності обробки і компактності даних, що зберігаються, у порівнянні з растровими представленнями.

Квадроструктура описується ієрархічною системою вкладених квадратів.

Рис. 2.4.18 - Представлення області ієрархічною деревовидною структурою вкладених квадратів

На кожному рівні виділяються квадрати:

■ - заповнені,- частково заповнені,

□ - незаповнені.

107

Рис. 2.4.19 - Ієрархічне представлення області у вигляді дерева вкладених квадратів

Записи атрибутів квадротомічного дерева подані в табл. 2.4.2.

Таблиця 2.4.2 - Атрибути квадротомічного дерева

9Заповнений

10Частково

заповнений

Вданому прикладі коефіцієнт стискування складає 1: 6,4 (10 записів замість 64).

Основна перевага ієрархічної організації даних на квадродеревах полягає в тому, що вона дозволяє отримувати швидкі способи доступу до просторових даних.

108

2.4.5 Формати растрових даних

Формат (format) - це спосіб розташування або представлення даних в пам'яті, базі даних, документі або на зовнішньому носієві. У ГІС, машинній графіці і обробці зображень формат - це загальне найменування способу машинної реалізації представлення (моделі) просторових даних або формат даних конкретної системи, програмного засобу, засобу стандартизації, обміну даними.

Для зберігання растрових даних використовують багато форматів; деякі з них подані в табл.2.4.3.

Таблиця 2.4.3 – Формати растрових даних