Printsipi_GIS_A5_Shipulin

l - довгота;

а- велика піввісь сфероїда;

3.3.7 Контрольні питання і завдання для самостійної роботи

1)Яке значення координат в геоінформаційних системах?

2)Наведіть загальні характеристики фізичних і геометричних моделей фігури Землі.

3)Що є геодезичними датами?

4)Які типи систем координат розрізняються в ГІС?

5)Наведіть характеристику Світової геодезичної системи координат WGS-84.

6)Наведіть характеристики систем криволінійних координат.

7)Що таке Проеційовані системи координат і Картографічні проекції?

8)Наведіть характеристику класифікації проекцій за типом спотворень.

9)Наведіть характеристику класифікації проекцій за типом поверхні проеціювання.

10)Які параметри визначають картографічну проекцію?

11)У чому полягає відмінність універсальної трансверсальної проекції Меркатора від проекції Гаусса-Крюгера.

12)Опишіть методи географічних перетворень.

201

Частина 4

ОРГАНІЗАЦІЯ ДАНИХ У ГЕОІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ

202

_____________________________________________________________

Розділ 4.1

ПОНЯТТЯ СИСТЕМНОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ ДАНИХ

4.1.1 Визначення, значення і завдання системної організації даних

Організацією даних називають процес зведення різнорідних даних і моделей в єдину логічно несуперечливу модель, яку надалі можна буде ефективно застосовувати в різних технологіях аналізу і управління [38].

Зібрані дані можуть зберігатися у вигляді наборів або файлів. Крім того, при зборі дані можуть організовувати зв'язані сукупности, звані моделями. Для того, щоб різнорідні дані і моделі можна було обробляти в одній системі, вони мають бути впорядковані і зведені до єдиної інформаційної моделі, в якій вони доповнюватимуть один одного. Результатом організації даних є створення такої інформаційної моделі, яка дозволяє організувати эфективне зберігання в базі даних і ефективну обробку в інформаційних системах і різних технологіях. Організація даних надає якісно нові властивості геоданим. Саме організація даних дає можливість використовувати географічні дані при вирішенні широкого круга прикладних завдань управління, аналізу, логістики, планування, проектування, прогнозування, використання ресурсів, моніторингу та ін.

Вихідна і заздалегідь оброблена інформація включає множину параметрів, деякі з яких можуть дублювати один одного. Зменшення числа даних про реальні об'єкти досягається вживанням моделей, що зберігають основні властивості об'єктів дслідження і другорядних властивостей, що не містять. Однією з особливостей збору даних в геоінформатиці є те, що вихідні дані можуть мати не тільки різну розмірність, але і вимірюватися в різних шкалах вимірів. Організація даних в геоінформатиці створює умови для зведення даної різної розмірності і шкал вимірів в єдине середовище і їх спільного аналізу. Саме це створює можливість комплексного аналізу даних при роботі з різнородними даними, виміряними в різних шкалах вимірів.

У процесі організації даних все різноманіття вхідної інформації - про об'єкти, їх характеристики, про форми і зв'язки між об'єктами, різні описові відомості - перетворються в набори моделей. При обробці в геоінформаційних технологіях використовують інформаційні моделі. Інтегрована інформаційна модель включає

203

сукупність простіших моделей. Для эфективної обробки даних ця сукупність має бути оптимізована. Це завдання вирішується при організації даних.

Вибір того або іншого способу організації даних в ГІС, в першу чергу саме тій або іншій моделі даних, має ключове значення. Вибір моделі даних безпосередньо визначає багато функціональних можливостей створюваної ГІС - деякі функції просто неможливо реалізувати для певних типів організації даних, або вони забезпечуються дуже складними маніпуляціями. Організація даних в ГІС безпосередньо визначає і застосовність тих або інших технологій введення даних. У тій же мірі від неї залежить досяжна просторова точність представлення графічній частині інформації, можливість здобуття якісного картографічного матеріалу і організації контролю якості карт. У великій мірі спосіб організації даних в ГІС визначає також досяжну швидкодію системи, наприклад, при виконанні запиту або візуалізації на екрані. Можливість працювати з великими об'ємами даних або з точними даними по великих територіях теж пов'язана із способами і формами організації даних. Зручність редагування і оновлення даних, можливості організації розрахованої на роботи в режимі редагування багатьох користувачів, створення розподілених по мережі баз даних - це все теж пов'язано в першу чергу з організацією даних, і вже в другу - з конкретним програмним забезпеченням [27].

На підставі викладеного, можна виділити такі завдання системної організації даних:

1)перетворення інформації як описових відомостей в моделі;

2)зведення множини просторових даних до єдиної інтегрованої інформаційної моделі;

3)класифікація вихідних даних і моделей при перетворенні їх в інтегровану модель;

4)ідентифікація даних у процесі перетворення даних в інтегровану модель, чим зберігається їх індивідуальність;

5)встановлення додаткових зв'язків між геоданими на основі їх інтеграції;

6)уніфікація вихідних даних і створення можливості обробки й аналізу даних, виміряних в різних шкалах і з різною розмірністю, в єдиній системі;

7)створення бази для вирішення основного завдання геоінформатики - встановлення просторових відношень між просторовими процессами, об'єктами, явищами і їх характеристиками.

204

4.1.2 Рівні організації даних в ГІС

Організацію просторових даних в ГІС визначають особливості інформації про об'єкти реального світу, з якими ми маємо справу. Інформація про реальний світ частково відноситься до індивідуалізованих об'єктів, частково до деякої безперервно розподіленої в просторі властивості, тобто просторовому полю якихнебудь характеристик. Організація просторових даних в ГІС залежить також від того, як різні особи і організації сприймають реальний світ. Відчуття структури (розумовій моделі) на реальному світі залежить від освіти, відповідальності, мети організації, де людина працює, від того, що деякі частини світу мають велику значущість в порівнянні з іншими частинами.

Рівні організації даних співвідносяться в міру абстракції у вигляді послідовності, показаної на рис. 4.1.1.

Реальний Світ

↓

Концептуальний рівень

↓

Логічний рівень 1

↓

Логічний рівень 2

↓

Фізичний рівень

Рис. 4.1.1 – Послідовність рівнів організації даних

Концептуальний рівень

Організація даних починається з трансляції представлення користувача (аналітика) про структуру реального Світу в моделі, які можуть бути виконані на комп'ютері. Для цього здійснюють наступні заходи:

обстеження предметної області, вивчення її інформаційної структури;

виявлення всіх фрагментів, кожен з яких характеризується призначеним для користувача представленням, інформаційними об'єктами і зв'язками між ними, процесами над інформаційними об'єктами;

моделювання і інтеграція всіх представлень.

205

При цьому визначають: які географічні об'єкти представляють область вивчення, які відношення між ними існують, в яких процесах вони беруть участь.

На цьому рівні організації даних отримують концептуальну модель даних, інваріантну до структури бази даних. Часто вона представляється у вигляді моделі "сутність-зв'язок".

Рис. 4.1.2 – Приклад діаграми " сутність -зв'язок".

Моделі даних описують просторові сутності й атрибути, їх взаємини один з одним, як вони використовуються людьми, процеси, які використовуються для управління ними, і як дані переміщаються під час використання. Модель даних включає:

просторові сутності, які є комп'ютерним представленням просторових об'єктів від сприйняття структури (наприклад, земельна ділянка, ліс, ділянка труби, нафтова свердловина),

описові дані просторових сутностей, звичайно називаються атрибутами.

Взаємини сутностей виражаються зв'язками (Relationships). Розрізняють класи зв'язків і екземпляри зв'язків. Класи зв'язків – це взаємовідношення між класами сутностей, а екземпляри зв'язку – взаємовідношення між екземплярами сутностей. Клас зв'язків може зачіпати декілька класів сутностей. Число класів сутностей, що беруть участь в зв'язку, називається ступінню зв'язку n = 2,3,. При n = 2 зв'язок називається бінарним.

Залежно від того, скільки екземплярів сутностей одного класу пов'язано із скількома екземплярами сутностей іншого класу, розрізняють наступні типи зв'язків:

206

зв'язок 1:1 - одиничний екземпляр сутності одного класу пов'язаний з одиничним екземпляром сутності іншого класу.

зв'язок 1:M - одиничний екземпляр сутності одного класу пов'язаний з багатьма екземплярами сутностей іншого класу.

зв'язок M:N - декілька екземплярів сутності одного класу

пов'язано з декількома екземплярами сутностей іншого класу. Числа, що описують типів бінарних зв'язків 1:1, 1:M, M:N, позначають максимальну кількість сутностей на кожній стороні зв'язку. Ці числа називаються максимальними кардинальними числами, а відповідна пара чисел називається максимальною кардинальністю.

До цього рівня відносяться терміни типа полігон, полілінія, дуга, ідентифікатор, таблиця, шар, тема, спосіб індексування. Це рівень більше користувача і адміністратора бази даних, а також розробника систем. Все це стосується не стільки програмування, скільки деяких розділів математики, з одного боку, і співвідношення елементів моделі даних з дійсними об'єктами реального світу, з іншою. Основне вирішуване на цьому рівні питання - це питання ступіні адекватності моделі даних вирішуваному завданню. Чи досить точно, із збереженням чи всіх потрібних зв'язків, вибрана модель даних дозволить змоделювати в комп'ютері реальну ситуацію?

Логічний рівень 1

На детальнішому логічному рівні 1 організації даних виконується перетворення вимог до даних у структури даних безвідносно до конкретної СУБД. Для представлення структур даних використовують записи, елементи даних, зв'язки між записами. Тут вже фігурують і математичні й програмістські терміни, такі, як матриці, списки, системи заслань, покажчики, механізми стиснення інформації. Основні питання, які розглядаються на цьому рівні, це питання ефективності в сенсі економії місця і швидкодії, тобто вже чисто внутрішні комп'ютерні питання ефективності. Логічний рівень 1 – це представлення програміста.

Логічний рівень 2

На наступному за детальністю логічному рівні 2 організації даних ми вже маємо справу із структурою файлів і їх форматами стосовно конкретної СУБД. Це розміщення інформації у файлі - що винесене в його заголовок, і як він організований, що в якій послідовності і якими формами представлення чисел записано в цих файлах. Це рівень вже чисто програміста. Рядовому кінцевому користувачеві корисно знати призначення конкретних файлів у певних структурах даних,

207

можливості і обмеження по використання конкретних форматів файлів.

Фізичний рівень

На фізичному рівні організації даних створюється структура конкретної бази даних ГІС. Тут визначаються особливості зберігання даних, методів доступу, які об'єкти вносяться до бази даних, як вони розподілені між шарами, які використовуються класифікатори і так далі Для опису структури використовуються угрупування даних, індекси, методи доступу. Рівень організації конкретної структури бази даних ГІС унікальний для кожного конкретного проекту.

На підставі викладеного основні характеристики рівнів організації даних в ГІС можуть бути подані табл. 4.1.1.

Таблиця 4.1.1 – Характеристики рівнів організації даних Рівень Інформаційна Компоненти моделі

модель

Інструментарій

Приведеним рівням моделювання при розробці СУБД прикладної системи, що базується на використанні інформаційних моделей, відповідає досить обширний язиковий інструментарій, що дозволяє організувати роботу з відповідними моделями. Приклад вживання сучасних засобів при розробці моделей даних в АТ "СПАЕРО Плюс":

Логічні моделі предметної області і структури баз геоданих розробляють за допомогою CaseTools, ESRI, що поставляються, у складі ArcGIS. Логічну модель будують у вигляді набору UMLдіаграм за допомогою програмного пакету Visio™. При цьому використовують модифіковані шаблони ESRI. UML-модель є, з одного боку, засобом документування і наочного представлення

208

майбутньої бази геоданих, а з іншого боку – вихідним матеріалом для опису структури бази геоданих на мові XML.

Фізична структура бази геоданих генерується з XML опису за допомогою інструментів ArcCatalog і, при необхідності, доопрацьовується з їх же використанням.

Перевагами застосованої технології є: повне документування розробки; наочність представлення структури бази геоданих, включаючи всі об'єктні і просторові класи, їх набори і класи відношень між ними; можливість легко і швидко модифікувати структуру бази геоданих з повним документуванням змін, що вносяться.

4.1.3 Принципи організації даних в ГІС

Існує множина структур даних, використовуваних для представлення географічних об'єктів, залежно від потреб в даних і їх подальшого використання. Найбільшого поширення набули два загальноприйняті принципи організації моделей просторових даних

[27]:

принцип пошарової організації інформації (його часто називають класичним)

об'єктно-орієнтований принцип організації даних.

Пошаровий принцип організації інформації

Реальний світ складається з множини географічних об'єктів. Декомпозиція реального світу може бути виконана шляхом стратифікації - процедури, яка розбиває множину географічних об'єктів на страти або шари, зручні для обробки і аналізу. Область реального світу, що в результаті вивчається, представляється набором шарів взаємозв'язаних даних.

Пошаровий принцип організації інформації полягає в тому, що дані про територію організовуються (розшаровуються) у вигляді набору тематичних шарів. Шар складається з однорідних даних, що об'єднуються загальною тематикою. Наприклад, в один шар виносяться всі об'єкти гідрографії, або всі шосейні дороги, або все, що відноситься до рослинного покриву (рис.4.1.3).

209