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

бути виділеним, окремо затабульованим і відображеним. У векторних і растрових системах, пов’язаних із СКБД, ці об’єкти визначаються в таблицях атрибутів. Прості растрові системи виконують цю операцію за допомогою класифікації.

4.5.3. Безперервні явища

Деякі сутності реального світу не можуть бути точно подані у вигляді дискретних точок, ліній або областей, оскільки безперервно змінюються у просторі. Їх можна тільки представити безперервними поверхнями, наприклад, рельєф, опади, температуру, тиск повітря, висоту, солоність океану, щільність населення тощо.

У програмному забезпеченні сучасних ГІС відсутні стандартні методи подання поверхонь, тому поверхні подаються у вигляді точок, ліній і областей з доданням координати висоти.

Поверхні – площинні об’єкт із значеннями висоти (Z). Побудова

(відновлення) поверхонь здійснюється за допомогою математичних алгоритмів (інтерполяції й апроксимації) за вихідним набором координат

X, Y, Z.

Поверхні оточують нас всюди. Пагорби, долини, пасма гір, скелі й багато інших утворень можуть описуватись із зазначенням їх місця розташування, займаною площею, орієнтацією та додаванням третього виміру – висоти.

Поверхні рельєфу складаються з великої кількості точок із значеннями висот. При цьому стверджується, що вони безперервні, оскільки ці точки розподілені без розривів по всій поверхні (рис. 4.20).

Рис. 4.20. Безперервні та дискретні поверхні

181

Через те що висота тривимірного об’єкта змінюється від точки до точки, то можна також вимірювати величину зміни висоти при переміщенні від одного краю об’єкта (явища) до іншого.

Маючи таку інформацію, можна визначити об’єм матеріалу в обраному утворенні. Такі обчислення здійснюють тоді, коли виникає необхідність визначення, наприклад, скільки води міститься у водоймі або скільки матеріалу (пустої породи) лежить поверх вугільного шару.

За допомогою графічних примітивів (точки, лінії, полігона) та поверхні відображується більшість природних і соціальних феноменів, які зустрічаються у повсякденному житті. Точки, лінії й полігони описуються відповідними символами, поверхні ж – або висотами точок або іншими комп’ютерними засобами.

Характеристиками поверхонь є критичні точки:

–піки та заглиблення – найвищі та найнижчі точки;

–лінії хребтів і низин – лінії зміни знака кута нахилу поверхні;

–проходи – місце сходження двох хребтів або низин;

–дефекти – різкі зміни значення (наприклад, стрімчаки);

–фронти – різкі зміни кута нахилу поверхні.

Подання поверхонь у вигляді точок називається цифровою моделлю місцевості та ґрунтується на вибірці через регулярні інтервали значень із досліджуваною поверхнею. У результаті утворюється матриця значень, яку називають растром, сіткою, решіткою, грідом (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Подання поверхонь регулярною мережею точок

Більшість цифрових моделей місцевості створюються саме в такому вигляді й можуть просто конвертуватись у растрове зображення для візуалізації. Подання поверхонь у вигляді лінійних об’єктів ідентичне зображенню на топографічних картах і ґрунтується на використанні лінійних об’єктів. Лінії з’єднують вибіркові точки, що мають однакові значення атрибута (рис. 4.22).

182

Поверхні можуть бути подані площинними об’єктами, найчастіше всього трикутниками, тому що ця фігура завжди опукла і лежить в одній площині. Подання поверхні набором трикутників називається триангуляцією. Вибіркові точки є вершинами трикутників, трикутники повністю покривають досліджувану територію. Вибіркові точки найчастіше всього розташовуються в піках й западинах, уздовж ліній хребтів і низин. Результатом є вузли, з’єднані дугами та трикутники (рис. 4.23).

При використанні безперервних даних досить часто виникає необхідність визначення атрибута поза точками, лініями або вершинами трикутника, що подають поверхню. Ці значення обчислюються шляхом інтерполяції, за найближчими точками у яких відома величина атрибута.

Поверхні зазвичай володіють одним атрибутом, але іноді можуть мати декілька (наприклад, багатозональні космічні знімки). Кожна комірка має одне значення на всій описуваній нею площі.

4.5.4. Узагальнені за площею об’єкти

Безперервні дані також можуть бути подані у вигляді обмежених площ, які вміщують дані одного типу, наприклад, землі або рослинності. Незважаючи на те, що дані змінюються безперервно, межа вказує на дискретну зміну показника за площею, наприклад, на земельних ділянках, де межа юридично визначена. Таким чином подається інформація на карті ґрунтів або карті екомереж (рис. 4.24).

Дані цього типу характеризують загальну кількість об’єктів у межах даної площі або її узагальнені показники, наприклад, кількість підприємств у межах адміністративного району, загальну кількість водостоків у межах басейну водозбору, кількість будинків у кожному кварталі, забруднення атмосферного повітря в окремому районі (рис. 4.25) тощо.

183

Рис. 4.24. Приклад відображення безперервних явищ полігонами – елементами екомережі

Рис. 4.25. Приклад тонового відображення

184

Часом дані надходять до ГІС вже в узагальненому (агрегованому) вигляді, наприклад, демографічні дані, що оперують абстрактними поняттями "населення", "садиби" тощо, або відсоткове співвідношення категорій (жителі віком до 60 років, кількість захворювань на 1000 осіб тощо). Ділова інформація також узагальнюється в межах виробничих та адміністративних структур.

Узагальнювати можна й дискретні та безперервні події. Якщо об’єкти мають код, який визначає їхню належність певній площі, вони можуть стати матеріалом для статистичного аналізу. Наприклад, середня зарплата по районах міста, області, областям. Ця цифра характеризує площу в цілому. Далі необхідно тільки вирішити, який саме показник характеризує дану площу на карті, та підібрати тип відображення.

Картографічне подання об’єктів геопростору вищерозглянутими графічними примітивами зображено на рис. 4.26.

Рис. 4.26. Об’єкти реального світу та їх картографічне подання

185

V. ІНФОРМАЦІЙНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ГІС

Сьогодні за допомогою ГІС інвентаризують природні та трудові ресурси, планують мережі охорони здоров’я й обслуговування населення, здійснюють розвиток міст і населених пунктів, проектують траси нафтопроводів і транспортні магістралі, розробляють екологічні заходи, аналізують результати виборів, вирішують багато інших наукових та практичних задач. Саме в цьому й полягає головне призначення ГІС – надавати користувачам достовірну й опрацьовану інформацію для роз- в’язку управлінських і аналітичних задач або, як висловлюються фахівці з геоінформатики, "забезпечувати комп’ютерну підтримку прийняття рішень". Зазвичай, для цього використовуються оперативні карти, які виявилися найбільш придатними засобами оцінки ситуації для більшості людей завдяки наочності й оглядовості. Саме так улаштована людина, яка вважає, що краще "один раз побачити..."

5.1. Джерела даних для ГІС

Людина завжди брала геодані з навколишнього середовища, викарбовуючи на глиняній табличці план земельних угідь, землі випасу, визначаючи своє місцезнаходження за висотою сонця й розташуванням зірок, розглядаючи околиці з найвищого місця тощо.

Існуючі джерела геоданих для ГІС – численні та різноманітні, як за якістю, так і за точністю. Основними джерелами даних для ГІС виступа-

ють (рис. 5.1):

–картографічні джерела;

–дані дистанційного зондування (ДДЗ) і фотографічні дані;

–дані польових вишукувань;

–дані різноманітних кадастрів;

–Інтернет;

–дані гідрометеорологічних досліджень;

–літературні (текстові) дані;

–статистичні дані.

"Тип джерела" об’єднує однорідну сукупність вихідних матеріалів, кожна з яких відрізняється комплексом характеристик. До них належить, наприклад, така важлива ознака, в якій (цифровій або аналоговій формі) отримується, зберігається та використовується той або інший тип даних, від чого залежить легкість, вартість і точність уведення цих даних у базу даних ГІС.

186

Зазвичай у ГІС рідко використовується тільки один вид даних, найчастіше відбувається поєднання різноманітних даних про певну територію, які отримуються з різних джерел.

Картографічні джерела

Статистичні джерела

Текстові джерела

Рис. 5.1. Джерела даних для ГІС

За способом отримання даних у геоінформатиці їх поділяють на

первинні та вторинні.

Первинні дані – це дані, що отримані вимірами або спостереженнями безпосередньо на досліджуваному об’єкті, наприклад,

шляхом аерокосмічного знімання, вибіркового дослідження в польових умовах або дистанційного зондування чи за допомогою GPS.

Вторинні дані – це дані, які отримують на основі обробки пер-

винних даних (наприклад, рішення прямої засічки за даними польових журналів), або з уже наявних моделей даних (наприклад, сканування зображення карт, знімків).

Відмінність цих даних не впливає на технологію опрацювання. Більш важливим фактором є сумарна похибка виміру координат точок досліджуваних об’єктів. У випадку виникнення проблеми підвищення точності обробки даних, необхідно провести ретельний аналіз даних і обрати (при рівних параметрах) первинні джерела, оскільки вони містять менше похибок, спричинених методами вимірів й обробки.

187

Таким чином, з наведеного зрозуміло, що інформацію про властивості та характеристики об’єктів (процесів, явищ) можна отримувати за допомогою різних технологій. Кожна технологія дозволяє збирати певні дані. Різноманітність технологій і методів збору породжує різноманітність типів даних, які згодом необхідно опрацьовувати. Наприклад, на рис. 5.2 зображена схема житлового комплексу, де представлені: будинок, що цікавить потенційного покупця, його план і фотографія.

Рис. 5.2. Подання даних у різних формах (карта, план, фото)

Клас, що утворюють різноманітні вхідні, нестандартизовані дані називають вхідними даними.

Вхідні дані зазвичай є різнорідними за стандартами, формами, поданням тощо. Оскільки опрацьовувати всю розмаїтість даних незручно та неефективно, то для спрощення процесу обробки, збереження і можливості обміну, різнорідні дані в ГІС потребують попередньої обробки для їх уніфікації. Цей етап опрацювання вихідних даних називають первинною обробкою даних. Клас, що утворюють внутрішні, стандартизовані щодо технологій обробки, дані, називають уніфікованими даними.

Уніфікація – процедура зведення різнорідних даних до єдиного виду.

В процесі уніфікації даних здійснюється побудова єдиної інформаційної моделі. Процес перетворення вхідних даних на уніфіковані, представлений на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Процес перетворення вхідних даних в уніфіковані

188

Мета цього процесу полягає в доповненні даних інформацією, якої бракує, спрощенні даних, виключенні надлишкових даних, аналізі похибок (видаленні або зменшенні) тощо.

Уніфікація за своєю суттю не змінює інформативність сукупності даних, а зводить їх в інформаційну основу. Однак, за необхідності може відбуватись зміна інформативності та її аналіз.

Сукупність упорядкованої інформації, що використовується при функціонуванні ГІС, утворює її інформаційну базу.

Джерела просторових даних для ГІС – основа їх інформаційного забезпечення.

Інформаційне забезпечення ГІС – це сукупність методів, засобів і процесів спрямованих на збір, оцінку, систематизацію та класифікацію інформації для створення баз даних.

Аналіз літератури [8, 15, 20, 21, 22, 24, 40] свідчить, що витрати на інформаційне забезпечення геоінформаційних проектів становлять від 70 до 90 % від їх загальної вартості. До 70 % усіх даних інформаційних ресурсів націй, регіонів і відомств мають просторову прив’язку або можуть бути більш або менш легко координовані, отримавши статус просторових. Незважаючи на це, інформаційне забезпечення ГІС залишається вкрай трудомісткою справою. Це пов’язано з тим, що цифрове середовище існування ГІС передбачає цифрову форму, яку воно обробляє, а найголовнішу частку джерел складають аналогові дані ("паперові" карти, статистичні табличні звіти, тексти).

5.2. Картографічні джерела

Мабуть, важко знайти людину, яка хоча б раз у житті не зверталася до карти21, як до складного, дуже цікавого та насиченого надзвичайним змістом креслення. Бізнесмен і держслужбовець, льотчик і будівельник, геолог і агроном, лісник і мореплавець, учений і офіцер, синоптик і політик час від часу звертаються до карти. Людина, яка вміє читати карту, знаходить у ній стільки матеріалу, на опис якого знадобились би сотні сторінок друкованого тексту.

Карта на всіх етапах свого існування слугувала і слугує людству джерелом інформації про земну поверхню. Жодна наука про Землю не обходиться без картографічних матеріалів, накопичення та систематизації фактичних даних, аналізу й пізнання навколишнього світу. Географія,

21Назва "карта" походить від латинського слова "сharta", яке позначає аркуш, папір. Уперше термін "карта" з’явився в середньовіччя, в епоху Відродження, до цього в ужитку були слова "tabula" та "descriptions" (зображення). В Росії первісно карта називалася кресленням, і тільки в часи Петра I з’явився спочатку термін "ландкарти", а потім– "карти".

189

геологія, геофізика, гідрографія, екологія, астрономія, соціологія, історія, археологія, економіка, землевпорядкування, агрономія – навіть важко перерахувати всі галузі науки і практики, де застосовуються карти. Карти та знімки нині висвічуються на моніторах і електронних навігаторах у капітанських рубках, у кабінах космічних кораблів, у офісах менеджерів і в салонах сучасних авто.

Картою називається побудоване в картографічній проекції зменшене, узагальнене зображення поверхні Землі або її частини, поверхні іншого небесного тіла або неземного простору, яке показує розташовані на них об’єкти у певній системі умовних знаків.

Карта є провідною мовою геоінформатики, тому що це є реальна модель поверхні, яка забезпечує просторово-часову відповідність. При цьому можна виділити три основні форми подібності:

•геометричну (розмір, форма об’єктів);

•часову (відповідність стану на даний момент часу);

•топологічну (взаємовідношення об’єктів).

Крім названих, можна також відзначити: структурну відповідність, конкретність, абстрактність, вибірковість (відбір даних), синтетичність, метричність, однозначність картографічних перетворень, наочність; наявність "словника" – легенди карти – для перекладу з природної або штучної мови на мову карт.

Карта є провідною мовою геоінформатики.

Картографування в ГІС – створення, аналіз перетворення карт як моделей об’єктів, явищ, процесів з метою отримання систематизованих і нових знань про навколишній світ.

При цьому можна виділити три основні принципи моделювання карт:

–математична формалізація (перехід від сферичної поверхні Землі до площини через застосування проекції);

–картографічний символізм (використання систем умовних позначень);

–картографічна генералізація (відбір головного, істотного та його цілеспрямоване узагальнення відповідно до призначення, тематики і масштабу карти).

Карти існують тисячі років, і всі ми так або інакше звикли до них та користуємося ними. Традиційний підхід до карт припускає, що карта – це кінцевий продукт, у якому здійснено просторовий розподіл об’єктів реального світу через використання символів, класифікацію тощо.

Карти зображення навколишнього світу показують положення об’єктів у просторі, їх форму, якісні та кількісні характеристики. Ці взаємопов’язані геометричні об’єкти й атрибути є необхідними складовими картографічного зображення. Карта є моделлю просторових явищ, абстракцією. Вона не є мініатюрною версією реальності, призначеною

190