Геоинформационные технологии в финансовой деятельности (стр. 11 )

Квадратомическое дерево - одна из наиболее широко известных
структур данных, использующихся применительно к площадям, линиям
и точкам.

Бесструктурные гиперграфовые и решетчатые модели. Они обра-
батывают координатные данные в виде простых строк координат без ка-
кой-либо структуры. В случае обработки площадей общие границы всегда
вводятся в ЭВМ дважды. Пример практического применения этих моде-
лей - хранимые в памяти ЭВМ полные полигоны и векторные цепные коды.

Гиперграфовые модели основаны на теории множеств и гиперграфов и используют шесть абстрактных типов данных: класс, атрибут класса, связь класса, объект, атрибут объекта, связь объекта.

Класс соответствует границе гиперграфа, причем объекты являются
узлами этого графа. Каждый класс содержит объекты с атрибутами объекта и различаемый узел, содержащий атрибут класса. Используя подклассы, вводят иерархию классов и объектов.

Связи классов и связи объектов устанавливают соотношения между теми классами, которые не связаны иерархически. Связи классов представляют потенциальные соотношения между классами, а связи объектов - действительные соотношения между объектами. Для образования
мультисвязи можно объединить несколько связей объектов. Несколько
классов объектов образуют гиперклассы, которые связаны гиперсвязями.

Гиперграфовые модели применимы как к координатным, так и к ат-
рибутивным данным. Как правило, они отличаются высокой степенью
сложности.

Решетчатые модели базируются на математической теории реше-
ток, оперирующей с частично упорядоченными наборами данных. Они
полезны в тех случаях, когда отсутствует четкая иерархия объектов.

Элементы алгебраической теории автоматных моделей синтеза ти-
повых конструктивных моделей упрощают процесс получения сложных
графических изображений. Однако такой подход, находящий широкое
применение в САПР, пока не используется в технологиях ГИС.

Оверлейные структуры

Цифровая карта может быть организована как множество слоев (по-
крытий или карт-подложек). Концепция послойного представления гра-
фической информации заимствована из систем CAD, однако в ГИС она
получила качественно новое развитие.

Принципиальное отличие состоит в том, что слои в ГИС могут быть
как векторными, так и растровыми, причем векторные слои обязатель-
но должны иметь одну из трех характеристик векторных данных, т. е.
векторный слой должен быть определен как точечный, линейный или
полигональный дополнительно к его тематической направленности.

Другое важное отличие послойного представления геоинформаци-
онных векторных данных заключается в том, что они являются объект-
ными, т. е. несут информацию об объектах, а не об отдельных элементах
объекта, как в САПР.

Слои в ГИС являются типом цифровых картографических моделей,
которые построены на основе объединения (типизации) пространствен-
ных объектов (или набора данных), имеющих общие свойства или фун-
кциональные признаки. Такими свойствами могут быть: принадлежность
к одному типу координатных объектов (точечные, линейные полиго-
нальные); принадлежность к одному типу пространственных объектов
(жилые здания, подземные коммуникации, административные границы
и т. д.); отображение на карте одним цветом.

В качестве отдельных слоев можно объединять данные, получен-
ные в результате сбора первичной информации.

Совокупность слоев образует интегрированную основу графической части ГИС. Принадлежность объекта или части объекта к слою позволяет использовать и добавлять групповые свойства объектам данного слоя. А как известно из теории обработки данных, именно их групповая обработка является основой повышения производительности автоматизированных систем.

Слои могут иметь как векторные, так и растровые форматы. Однако многие ГИС допускают возможность работы со слоями только векторного типа, а растр используется в качестве подложки. В связи с этим следует отметить возможности системы ER Mapper трансформировать растровое изображение снимка в заданную картографическую проекцию.

Данные, размещенные на слоях, могут обрабатываться как в интерактивном, так и в автоматическом режиме.

С помощью системы фильтров или заданных параметров объекты, принадлежащие слою, могут быть одновременно масштабированы, перемещены, скопированы, записаны в базу данных. В других случаях (при установке других режимов) можно наложить запрет на редактирование объектов слоя, запретить их просмотр или сделать невидимыми.

Многослойная организация электронной карты при наличии гибко-
го механизма управления слоями позволяет объединить и отобразить не
только большее количество информации, чем на обычной карте, но су-
щественно упростить анализ картографических данных с помощью се-
лекции данных, необходимых для визуализации и механизма "прозрач-
ности" цифровой карты.

Таким образом, разбиение на слои позволяет решать задачи типиза-
ции и разбиения данных на типы, повышать эффективность интерак-
тивной обработки и групповой автоматизированной обработки, упро-
щать процесс хранения информации в базах данных, включать автома-
тизированные методы пространственного анализа на стадии сбора дан-
ных и при моделировании, упрощать решение экспертных задач.

Введение топологических свойств в графические данные ГИС по-
зволяет решать задачи, которые методами программного обеспечения
САПР не реализуются. Это, например, возможность наложения слоев
для получения нового слоя, который не является простым результатом
наложения, а содержит новые объекты, полученные на основе методов
пространственного анализа с использованием логических операций.

В целом сочетание методов топологии и послойного представления
картографической информации дает качественно новые возможности
анализа картографических данных.

Трехмерные модели

Большинство ГИС хранят информацию о точках местности в виде трехмерных координат. Однако для многих приложений ГИС, таких, как построение карт, трехмерные координаты преобразуют в двухмерное представление, т. е. строят двухмерные (2D) модели.

Построение трехмерных (3D) моделей - это продиктовано с одной стороны, решением практических задач, с другой - увеличением мощности вычислительных ресурсов, что необходимо для трехмерного моделирования. Такая модель должна соответствовать отображению трехмерной реальности, по возможности близкой к той, что видит человеческий глаз на местности.

В настоящее время существуют два основных способа представления трехмерных моделей в ГИС.

Первый способ, назовем его псевдотрехмерным, основан на
том, что создается структура данных, в которых значение третьей коор-
динаты Z (обычно высота) каждой точки (Л, Y) записывается в качестве
атрибута. При этом значение Z может быть использовано в перспектив-
ных построениях для создания изображений трехмерных представле-
ний. Поскольку это не истинное трехмерное представление, его часто
именуют 2,5-мерным (два-с-половиной-мериым).

Такие 2,5-мерные модели дают возможность эффективного реше-
ния ряда задач:

• представление рельефа и других непрерывных поверхностей на
базе ЦМР или TIN;

• расчет перспективной модели для любой задаваемой точки обзора;

• "натяжение" дополнительных слоев на поверхность с использова-
нием цвета и световых эффектов;

• визуальное преобразование одних классов данных в другие (на-
пример, объемный слой промышленных выбросов преобразовать в изоб-
ражение экологической карты и результирующей карты действия на ок-
ружающую растительность);

• создание динамической модели "полета" над территорией.

Второй способ - создание истинных трехмерных представле-
ний - структур данных, в которых местоположение фиксируется в трех
измерениях (X, Y, Z). В этом случае Z - не атрибут, а элемент местополо-
жения точки. Такой подход позволяет регистрировать данные в не-
скольких точках с одинаковыми координатами Х и Y, например, при зон-
дировании атмосферы или при определении объемов горных вырабо-
ток.

Истинные трехмерные представления позволяют:

• наглядно изображать (визуализировать) объемы;

• решать задачи, связанные с моделированием объемов;

• решать новый класс задач - разработка трехмерных ГИС;

• производить синтез трехмерных структур.

Оба способа трехмерных представлений пространственной инфор-
мации имеют несколько важных приложений:

• проектирование инженерных и промышленных сооружений (шах-
ты, карьеры, плотины, водохранилища);

• моделирование геологических процессов;

• моделирование трехмерных потоков в газообразных и жидкостных
средах.

В ГИС наряду с цифровыми моделями местности, которые, как пра-
вило, отражают статические свойства, широко используются динами-
ческие модели, например модель явления.

Трехмерные явления характеризуются несколькими свойствами:

распределение, геометрическая сложность, топологическая сложность,
точность измерения, точность представления.

Распределение может быть непрерывное (например, поле поверхности) и дискретное (например, рудные тела).

Топологическая сложность обусловливается связями внутри объекта. Например, составной объект состоит из таких же, но более мелких
объектов одного класса. Смешанный объект включает несколько клас-
сов и состоит из более мелких неоднородных объектов.

Геометрическая сложность зависит от типов кривых и геометри-
ческих конструкций.

Точность представления определяет допуски при проектировании,
изысканиях, научных исследованиях.

Точность измерения выражается допусками и погрешностью
средств измерения.

Применение трехмерных моделей позволяет строить новые модели
и расширяет возможности ГИС как системы принятия решений. С ис-
пользованием методов трехмерной графики можно по-новому решать
задачи проектирования жилой застройки, размещения объектов быто-
вого и хозяйственного назначения в муниципальных округах, создавать
новые типы трехмерных условных знаков и т. д.