Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних

Зв’язок просторових об’єктів з їх атрибутами (рис. 4.5) є одним з основних принципів роботи ГІС і основним чинником їх ефективності.

Цифровий опис геооб’єкта в ГІС включає:

–найменування;

–вказівку місця розташування (місцезнаходження, локалізацію);

–набір властивостей (характеристик);

–відношення з іншими об’єктами;

–просторову "поведінку".

Найменуванням об’єкта є його географічна назва (власне ім’я, якщо воно є), його умовний код і / або ідентифікатор, який присвоюється користувачем або системою. В залежності від типу об’єкта його місцезнаходження визначається координатами або набором координат, який організований в рамках певної моделі даних, вказівкою конкретної адреси або території (району).

Локалізація просторових об’єктів за допомогою координат є найбільш точною. Для цього можуть використовуватись географічні координати – широта, довгота(рис. 4.6)абобудь-які інші, наприклад, декартові, полярні тощо.

Географічна широта – відстань уздовж меридіана в градусах від екватора до будь-якої точки земної кулі. За початок відліку широти беруть екватор – нульову паралель.

Рис. 4.5. Зв’язок об’єктів на карті з їх атрибутами

161

Широти визначаються по меридіану від 0° до 90° по обидва боки від екватора і відповідно називаються північними або південними. На картах паралелі надписують на бічних рамках, а на глобусі – на 0° і 180° меридіана.

Рис. 4.6. Визначення широти та довготи

Географічна довгота – відстань уздовж паралелі в градусах від початкового меридіана до будь-якої точки земної кулі. За початок відліку довготи беруть Гринвіцький меридіан18. Довготи на схід від початкового меридіана, від 0° до 180°, називаються східними, на захід – західними; рахуються по паралелі.

Географічні координати записують у цілих градусах і хвилинах із зазначенням широти та довготи. Приклад локалізації міст за допомогою географічних координат представлений у табл. 4.1.

Таблиця 4.1

Локалізація міст за допомогою географічних координат

Локалізація просторових об’єктів шляхом вказівки району широко поширена в повсякденному житті. Для однозначної локалізації району,

18Гринвіцький меридіан (англ. prime meridian) – географічний меридіан, який проходить через Гринвіцьку обсерваторію в Великій Британії. Згідно з міжнародною нормою при відліку географічної довготи, Гринвіцький меридіан прийнято вважати початковим (нульовим): від нього відраховують довготи від 0° до 360° в напрямі із заходу на схід або в обидва боки від 0° до 180° з припискою "східна довгота" (знакплюс) чи "західна довгота" (знак мінус).

162

він повинен мати певні границі [86]. Хоча можуть й існувати райони з розмитими границями, наприклад, населені пункти, що склались історично або об’єкти, що не мають точної прив’язки поблизу відомих або визначених об’єктів (табл. 4.2).

Таблиця 4.2

Локалізація просторових об’єктів (квартир, що виставленні на продаж) вказівкою районів

Локалізація просторових об’єктів за допомогою вказівки адреси є найбільш поширеною й уживаною формою (табл. 4.3).

Таблиця 4.3

Локалізація просторових об’єктів за допомогою вказівки адреси об’єкта

Крім інформації, що безпосередньо відноситься до геооб’єктів, велике значення має також так звана метаінформація (метадані) або, як їх часто називають, дані про дані. Це, зокрема, може бути:

–визначення геооб’єктів (тобто принцип їх виділення);

–визначення атрибутів (наприклад, що приховується за короткими заголовками полів таблиць або іменами полів у базі даних);

–пояснення способу виміру значень атрибутів або джерела цих даних і спосіб кодування атрибутів;

–пояснення до кольорової легенди карти та умовних знаків;

–правила, за якими визначаються границі об’єктів;

–відомості про дату актуалізації інформації;

–відомості про джерела інформації, методи її отримання;

–пояснення до відсутніх значень в атрибутах, який код значень відсутній, що він означає (даний атрибут не має змісту для даного об’єкта,

163

дане значення не було виміряне або результат виміру був забракований, чи вимірювання дали нульовий результат), значення нижче межі виявлення;

– будь-яка інша інформація, яка сприяє правильному використанню інформації про об’єкти, які цікавлять користувача.

Для карти, наприклад, необхідним елементом метаданих є відомості про систему координат і картографічну проекцію, метод складання (польові роботи, генералізацію) та матеріали, які використовуються.

Чіткий розподіл просторових (позиційних) і непросторових (непозиційних) даних – історична традиція, що має певне технологічне коріння. Управління атрибутивною частиною даних зазвичай покладається на засоби систем керування базами даних (СКБД), що або вбудовані в програмні засоби ГІС, або є зовнішніми по відношенню до них.

4.3. Визначення поняття просторових відношень у ГІС

Для опису об’єктів реального світу потрібна інформація про їхні властивості та характеристики. Будь-який матеріальний об’єкт характеризується набором його фізичних властивостей у кожній точці займаного ним простору. Це стосується як об’єктів, що існують у вигляді "речовини", так і об’єктів у вигляді "поля" або "поверхні". Для опису будь-якого матеріального об’єкта використовується вимір його характеристик у певних точках простору або завдання безперервних профілів (трансектів19) зміни властивостей у просторі, або виділення зон (ареалів, площ, контурів ізоліній), де властивості об’єкта постійні. Ці виміри певним чином накопичуються і зберігаються в базах даних і можуть передаватися (в реальному часі) до ГІС.

Зазвичай, у зовнішніх базах даних навіть об’єкти, які характеризуються безперервною зміною характеристик у просторі, описуються набором дискретних значень з певним кроком (геологи відбирають проби або роблять шурфи через певні відстані, геофізики виконують заміри в точках мережі або за профілями тощо).

Згідно з теоремою Котельникова [26], будь-яка безперервна функція з обмеженим спектром може бути будь-як описана набором її значень, взятих через певні інтервали. Все визначає тільки вибір інтервалів.

У будь-яких випадках для характеристики об’єкта використовуються:

•просторові відношення;

•опис специфічних властивостей у даній точці або ділянці простору (на певний момент часу).

19Трансекта – відміряна на території екосистеми вузька прямокутна ділянка для вивчення розміщення видів, чисельності, проективного покриття, продуктивностій інших досліджень.

164

Просторові відношення – це фундаментальні властивості простору, за допомогою яких описують просторові взаємозв’язки об’єктів.

Просторові відношення визначають внутрішнє взаємовідношення між просторовими об’єктами (наприклад, напрямок об’єкта А відносно об’єкта В, відстань між об’єктами А і В, вкладеність об’єкта А в об’єкт В).

Просторові відношення сприймаються як безпосередньо, так і опосередковано, наприклад: об’єкт знаходиться близько, далеко, об’єкти стикаються один з одним, об’єкт знаходиться всередині іншого, поза першим об’єктом, перетинається з іншим об’єктом, прилягає до нього, знаходиться вище, нижче, ліворуч, праворуч тощо.

На картах просторові відношення подаються приховано. Просторові відношення сприймаються, оцінюються, інтерпретуються суб’єктом, який читає карту. Об’єм сприйняття інформації залежить від підготовки та кваліфікації цього суб’єкта.

4.4. Класифікація властивостей геоінформації

Властивість – категорія, що показує таку характерну ознаку об’єкта об’єкта (сутності), яка обумовлює його відмінність або спільність з іншими об’єктами і проявляє себе при порівнянні різних об’єктів.

За ступенем загальності властивості об’єктів поділяються на універ-

сальні, іманентні та індивідуальні.

Універсальними називаються властивості, притаманні будь-

якому об’єкту. Іншими словами, універсальні властивості – це ті властивості, наявність яких у певної сутності дає підставу розглядати його як об’єкт. Універсальними властивостями об’єктів є дискретність або

безперервність, цілісність, структурність, зв’язність, обмеженість, стабільність.

Іманентними називаються властивості, притаманні будь-якому об’єкту фіксованого типу. Іманентні властивості виділяють з множини всіх типів об’єктів підмножину об’єктів конкретного типу і є постійними для усіх об’єктів цього типу. В природних мовах у назвах (іменах) деяких об’єктів присутня пряма вказівка на їх іманентні властивості (пасовище, брід, водоспад, дорожній покажчик тощо).

Інформація про реальний світ відноситься до індивідуалізованих об’єктів або до явища, процесу, події, безперервно розподіленій у просторі, до просторового поля. При цьому, об’єкти можуть мати:

– чіткі, визначені межі місця розташування, які достатньо добре описуються, наприклад, лінією їх контуру (для площинних об’єктів);

165

–"розмиті" нечіткі границі (із зоною поступового переходу на границі, з границею, визначеною статистично, або змінну в часі);

–різну розмірність у геометричному змісті (бути точковими – ну-

льова довжина й ширина, розмірність 0; лінійними – ненульова довжина при нульовій ширині, розмірність 1; площинними – ненульові довжина й ширина, розмірність 2).

Об’єкти можуть відноситися до різних категорій й утворювати цілі ієрархії, наприклад, лінійні об’єкти можуть бути річками (елемент гідрографії), залізницями, автомобільними дорогами, центральними лінями вулиць (елементи транспортної мережі), лініями газопроводів, лініями нафтопроводів (елементи трубопровідної мережі). Автомобільні дороги можуть бути далі поділені на множину різноманітних класів за різними ознаками та поєднанням ознак.

4.5. Класифікація компонентів геопростору

Згідно з типізацією Ендрі Мітчелла [34], просторові об’єкти це:

–дискретні явища;

–безперервні явища;

–узагальнені за площею явища;

–поверхні в просторі.

Дискретні явища завжди займають точно визначену частину простору (в будь-якій точці простору даний об’єкт може або бути, або ні). Вони можуть бути точковими, лінійними або полігональними.

Безперервні явища характеризують територію в цілому, а не окремі об’єкти (явища, процеси) й можуть виявлятися або вимірюватися у будьякому місці. Наприклад, опади, температура можуть вимірюватися в будьякому місці території й узагальнено її характеризувати. Вони безперервно змінюються в просторі не маючи проміжків. Безперервність явищ проявляється в тому, що неможливо вказати проміжки на площі поширення явищ, у яких би вони були відсутні. Безперервні об’єкти заповнюють усю модельовану поверхню, пронизуючи одна одну, їх можна трактувати як властивості простору або модельованої поверхні. Незважаючи на те, що дані змінюються безперервно, границями вказують дискретну зміну величини у певних межах (наприклад, типи ґрунтів).

Узагальнені за площею явища характеризують узагальнену характеристику або концентрацію об’єктів у межах даної площі. Узагальнені показники характерні для адміністративних районів, поштових відділень, ділянок функціонування силових структур. Як приклад можна назвати кількість будинків у мікрорайоні, щільність вулично-дорожньої мережі, щільність населення житлових кварталів, статистичні показники тощо.

166

Поверхні у просторі є площинними об’єктами зі значеннями висоти (Z).

За структурою географічні об’єкти поділяються на елементарні

(прості), складові та складні.

Елементарний об’єкт не має складових частин, наприклад, окрема будівля.

Складовий об’єкт утворюється групою об’єктів з певним порядком їх проходження при утворенні певного об’єкта, наприклад, учбовий корпус, що складається з окремих будівель.

Складний об’єкт утворюється групою об’єктів (елементарних, складових, складних), порядок проходження яких при утворенні досліджуваного об’єкта не фіксується, наприклад, ансамбль будівель.

За формою існування географічні об’єкти поділяють на матеріальні (реальні) й абстрактні (віртуальні).

У загальному випадку при геосистемному моделюванні доцільно вести мову не про об’єкти земної поверхні, а про об’єкти моделювання, оскільки такими можуть бути як емпіричні (реально існуючі) матеріальні утворення, явища й події в предметній галузі, так і віртуальні.

Емпіричні об’єкти можуть сприйматися або безпосередньо, за допомогою органів чуттів, або опосередковано, із застосуванням приладів (визначення границь ділянки радіоактивного забруднення місцевості, знімання підземних комунікацій за допомогою трасошукачів тощо). Безпосередньо об’єкти, що сприймаються, іноді називають спостережуваними, а сприйняті опосередковано– неспостережуваними.

Віртуальні об’єкти можуть не існувати в реальності, але при цьому відображуватись. До них відносяться об’єкти, що існували в минулому, існування яких передбачається в майбутньому та уявні.

Уявними об’єктами є кордони, червоні лінії20, горизонталі тощо. Якщо границя закріплена на місцевості певними знаками, то кордо-

ном вважають уявну пряму, що з’єднує центри цих знаків. Якщо границя проходить за фарватером річки, то ситуація більш невизначена – положення самого фарватеру важко піддається точному визначенню й змінюється в часі.

20Червоні лінії – визначені в містобудівній документації відносно пунктів геодезичної мережі межі існуючих і запроектованих вулиць, доріг, майданів, які відмежовують території мікрорайонів, кварталів та території іншого призначення.

Червона лінія позначає землі загального користування, які призначені для прокладки інженерних і транспортних комунікацій, пішохідних зв’язків, впорядкування, озеленення й освітлення вулиць тощо.

Червоні лінії можуть бути визначені на підставі генеральних планів міст. В умовах старої забудови збільшення розмірів вулиць у червоних лініях можливе тільки, коли здійснюється реконструкція забудови.

167

4.5.1. Дискретні явища

Дискретні явища (об’єкти, події) завжди займають точно визначену частину геопростору, тобто в будь-якій точці простору даний об’єкт може бути або наявним, або відсутнім. Другою характерною особливістю об’єктів даного типу є наявність досліджуваної ознаки тільки в межах об’єкта. Третьою характерною особливістю є незмінність значення певної ознаки в точці протягом лінійного відрізку або в межах площі.

Дискретні об’єкти відображаються на картах за допомогою певних умовних знаків – графічних примітивів, а саме точками, лініями та полігонами (замкненими областями). Такими примітивами можна описати практично будь-яку цифрову карту. Для цього треба розкласти об’єкти, зображені на карті на окремі тематичні шари: точки – на один; лінії – на інший; полігони – на третій тощо. Рознесення об’єктів на тематичні шари дозволяє відображати їх на екрані окремо або разом, розфарбовувати об’єкти в різні кольори або присвоювати їм властивості відображення, наприклад, квадратики для криниць і кружечки для джерел.

Кожний користувач може розподіляти подібні об’єкти так, як йому це зручно, але це може призвести до безладу. Для можливості подальшого використання цифрових карт іншими користувачами потрібно зробити так, щоб позначення в усіх цифрових картах було однаковим або майже однаковим. Для цього існують правила рознесення об’єктів на тематичні шари та правила опису цих об’єктів у таблицях. Ці правила знаходяться в нормативних документах, які називаються класифікаторами.

Класифікатор (від лат. classis – розряд і facere – робити) –

систематизований перелік найменованих об’єктів, кожному з яких наданий унікальний код.

Проте, як свідчить практика, класифікатори можуть бути, а можуть і не бути. А ще, що цілком імовірно, якщо вони навіть і існують, то там не враховано все те, що знаходиться на ваших мапах.

Опис об’єктів здійснюється шляхом указівки координат об’єктів і їх складових частин. Для дискретних точкових, лінійних і площинних об’єктів завжди може бути визначено їх фактичне розташування на місцевості.

Типовими прикладами дискретних об’єктів (явищ, подій) можуть слугувати опора геодезичної мережі, криниці, стовпи, точки закладення свердловин, точки відбору проб ґрунту тощо (рис. 4.8, точкові об’єкти), кордони країн, лінії дорожньої або річкової мережі, стежки тощо (рис. 4.10, лінійні об’єкти), території промислової забудови, водоймища, будівлі, адміністративні райони тощо, тобто будь-які об’єкти, у межах яких зміною просторової ознаки можна знехтувати (рис. 4.7, полігональні об’єкти).

168

Полігональні об’єкти Лінійні

об’єкти

Точкові об’єкти

Рис. 4.7. Об’єкти ГІС

Точкові об’єкти – це такі об’єкти, кожний із яких розташовується тільки в одній точці простору, що характеризується парою координат (x, y).

Насправді всі точкові об’єкти мають певну просторову довжину, інакше ми просто не змогли б їх розгледіти. Однак для забезпечення можливості моделювання вважають, що у таких об’єктів немає просторової довжини або ширини, але кожний із них може бути позначений координатами свого місця розташування, тобто їх можна абстрагувати до точки.

Про такі об’єкти кажуть, що вони дискретні. Це означає, що кожний із них може займати в будь-який момент часу тільки певну точку простору.

Точковими об’єктами, зображеними на карті (рис. 4.8), можуть бути дерева, будинки, свердловини, перехрестя доріг, населенні пункти тощо. Точками на карті також позначають об’єкти, які взагалі не мають площі (наприклад, висотна позначка), або точка, розмір якої залежить від певної атрибутивної інформації (наприклад, від кількості працюючих на підприємстві).

Рис. 4.8. Точкові об’єкти

169

Приймаючи відсутність довжини та ширини, наприклад, при змінах атмосферного тиску, який характеризується потенційною множиною точок, вважають, що самі точки завжди займають певне місце без будьяких перекривань.

Масштаб, при якому спостерігаються ці об’єкти, задає межі, що визначають подання цих об’єктів як точкових. Наприклад, якщо дивитись на будинок з декількох метрів, то споруда буде виглядати монументальною, з певними значеннями довжини та ширини. Але це уявлення буде змінюватися, якщо віддалятися від будинку, – чим далі віддалимося, тим меншою буде виглядати споруда як площинний об’єкт і більше буде нагадувати точковий.

Точками також зображуються ті елементи карти, які невидимі при даному масштабі. Наприклад, точки спостереження або населені пункти на мапах дрібних масштабів. Кожній точці залежно від її типу або значення атрибуту може бути присвоєний певний символ.

Таким чином, вибір об’єктів, поданих у вигляді точок, залежить від масштабу карти чи дослідження, точкові об’єкти при відображенні в ГІС розрізняються розмірами, кольорами, розмірами та кольорами (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Типи точкових об’єктів на карті

Лінійні об’єкти – це об’єкти карти, метричні описи яких є упорядкованим набором координат, які будучи з’єднаними, показують подовжену форму об’єкта, занадто вузьку, щоб можна було зобразити його площину.

170