10.02 2016 341гр. Электронные средства и методы геодезических измерений Тема: «Геоинформационные системы»
Тема лекционного занятия: Растровые изображения.
Вопросы для консультации и готовые задания отправлять на электронный адрес: nika. *****@***ru
Задание: Изучить материал и ответить на следующие вопросы:
1.Как получить растровое изображение?
2.В чем заключается привязка растрового изображения?
3.Чем контролируется привязка растрового изображения?
4. Какая система координат в программе Mapinfo?
5.Сколько файлов создается для одного слоя?
6. Какие файлы несут геометрическую информацию, какие семантическую?
10.4. Векторные и растровые модели
Визуальное представление данных в геоинформатике основано на компьютерной графике. Основу компьютерной графики образуют векторные и растровые модели.
В общем случае модели пространственных (координатных) данных имеют векторное или растровое (ячеистое) представление, содержат или не содержат топологические характеристики. Исходя из этого графические модели классифицируют по трем типам:
• растровая модель;
• векторная нетопологическая модель;
• векторная топологическая модель.
Все эти модели взаимно преобразуемы. Основу такой классификации составляет единица пространства, содержащая представления площадей линий и точек.
10.4.1. Векторные модели
В отличие от занимающих все пространство растровых моделей векторные модели данных строятся на линиях, занимающих часть пространства. Это определяет основное преимущество векторных моделей, которое заключается в том, что им требуется на порядки меньшая память для хранения и меньшие затраты времени на обработку и представление.
При построении векторных моделей объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями, дугами. полилиниями. Площадные объекты в векторных моделях задаются наборами линий.
Геоинформационные системы, работающие с векторными моделями, получили название векторных ГИС
Конечно в реальности имеют дело не с абстрактными линиями и точками, а с объектами, содержащими линии и ареалы, занимающими пространственное положение, а также со сложными взаимосвязями между ними. Поэтому полная векторная модель данных отображает пространственные данные как совокупность следующих основных частей:
геометрические (метрические) объекты (точке, линии и полигоны);
атрибуты - признаки, связанные с объектами;
связи между объектами.
Векторные модели отображают все типы координатных моделей: точечные, линейные, площадные. Напомним, что типы координатных моделей определяются через базовый элемент линия следующим образом.
Точка определяется как линия нулевой длины. Линия - как линия конечной длины. Площадь представляется последовательностью связанных между собой линейных отрезков.
Векторные модели получают разными способами. Один из наиболее распространенных - векторизация сканированных (растровых) изображений. Она заключается в выделении векторных объектов со сканированного изображения и получении их в векторном формате. Другой способ - построение модели в режиме редактирования.
Некоторые объекты являются векторными по определению, например, дороги, границы соответствующего земельного участка, границы районов и т. д. Поэтому векторные модели обычно используют для сбора данных о границах и протяженных линейных или сетевых объектах.
В векторной форме упрощаются операции анализа и проектирования. Например, анализ сети, разработка маршрутов движения по сети дорог, анализ интенсивности движения и пр.
Векторные модели могут иметь любую заданную ширину линий, включая нулевую. В этом их преимущество перед растровыми, в которых точечный или линейный объект должен занимать группу ячеек. Это создает зависимость размеров растрового объекта от величины растра.
Поэтому точность векторных данных выше, чем растровых, так как векторные данные могут кодироваться с любой мыслимой степенью точности, которая ограничивается лишь возможностями метода внутреннего представления координат. Обычно для представления векторных данных используется 8 или 16 десятичных знаков (одинарная или двойная точность).
Только некоторые классы данных, получаемых в процессе измерений, соответствуют точности векторных данных. Это данные, полученные точной съемкой (координатная геометрия), карты небольших участков, составленные по топографическим координатам и политические границы, определенные точной съемкой.
Не все природные явления имеют характерные четкие границы, которые можно представить в виде математически определенных линий. Это обусловлено динамикой явлений или способами сбора пространственной информации. Почвы, типы растительности, склоны, место обитания диких животных - все эти объекты не имеют четких границ.
Поэтому для полного изучения явлений окружающей действительности нужно использовать как векторные так и растровые данные, используя их преимущества.
10.4.2. Топологические модели и характеристики
Большое количество пространственных объектов в геоинформатике имеют специфические связи. Наличие этих свойств определяет топологическое описание объектов. В таких случаях для описания объектов используют топологические модели.
Рис. 10.3. Топологические характеристики пространственных объектов
Все современные технологии сбора информации и геоинформационные технологии обработки данных должны включать этап ввода топологии в модели пространственных объектов.
10.5. Растровые модели
Растровые модели это графические модели, описывающие пространственную реальность, в которых весь объект (исследуемая территория) отображается дискретно в площадные ячейки, образующие регулярную сеть
Регулярной сетью называют совокупность правильных геометрических фигур: квадраты, треугольники и др. При этом каждой ячейке растровой модели соответствует одинаковый по размерам, но разный по характеристикам (цвет, плотность) участок (пиксель).
Каждая ячейка отображает реальный участок поверхности, который также характеризуется цветовыми характеристиками. Однако в ячейке растровой модели содержится одно значение, обобщающее цветовые и световые характеристики участка реальной поверхности. В теории обработки изображений эта процедура известна под названием пикселизация.
Если векторная модель дает информацию о том, где расположен тот или иной объект, то растровая - информацию о том, что расположено в той или иной точке территории. Это определяет основное назначение растровых моделей - непрерывное отображение поверхности.
В растровых моделях в качества основной элементарной модели используют двухмерный элемент пространства - пиксель (ячейка). Упорядоченная совокупность атомарных моделей образует растр.
Растровые модели позволяют отображать полутона. Как правило, каждый элемент растра или каждая ячейка должны иметь лишь одно значение плотности или цвета. Это применимо не для всех случаев. Например, когда граница двух типов покрытий может проходить через центр элемента растра, элементу дается значение, характеризующее большую часть ячейки или ее центральную точку. Ряд систем позволяет иметь несколько значений для одного элемента растра.
10.5.1. Характеристики растровых моделей.
Для растровых моделей существует ряд характеристик: разрешение, ориентация, зоны, значение, положение.
Разрешение - это минимальный линейный размер наименьшего участка реальной поверхности, отображаемый одним пикселем.
Пиксели обычно представляют собой прямоугольники или квадраты, реже используются треугольники и шестиугольники. Более высоким разрешением обладает растр с меньшим размером ячеек. Высокое разрешение подразумевает обилие деталей, множество ячеек, минимальный размер ячеек.
Значение - элемент информации, хранящийся в элементе растра (пикселе). Поскольку при обработке применяют типизированные данные, то есть необходимость определить типы значений растровой модели.
Тип значений в ячейках растра определяется как реальным явлением, так и особенностями ГИС. В частности, в разных системах можно использовать разные классы значений: целые числа, действительные (десятичные) значения, буквенные значения.
Целые числа могут служить характеристиками оптической плотности или кодами, указывающими на позицию в прилагаемой таблице или легенде. Например, возможна следующая легенда, указывающая наименование класса почв: 0 - пустой класс, 1 - суглинистые, 2 - песчаные, 3 - щебнистые и т. п.
Ориентацией называют угол между направлением на север и положением колонок растра.
Зона растровой модели это соседствующие друг с другом ячейки, имеющие одинаковое значение и отображающие одно явление или объект. Зоной могут быть отдельные объекты, природные явления, ареалы типов почв, элементы гидрографии и т. п.
Буферная зона - вспомогательная зона, которая строится вокруг точечных, линейных или ареальных объектов на основе заданного правила или фиксированного значения.
Основные характеристики зоны - ее значение и положение.
Положение обычно задается упорядоченной парой координат (номер строки и номер столбца), которые однозначно определяют положение каждого элемента отображаемого пространства в растре.
При сравнении векторных и растровых моделей отмечено удобство векторных для организации и работы со взаимосвязями объектов. Тем не менее, используя простые приемы, например включая взаимосвязи в таблицы атрибутов, можно организовать взаимосвязи и в растровых системах..
Необходимо остановиться на вопросах точности отображения в растровых моделях. В растровых форматах в большинстве случаев неясно, относятся координаты к центральной точке пикселя или к одному из его углов. Поэтому точность привязки элемента растра определяют как 1/2 ширины и высоты ячейки
Растровые модели имеют следующие достоинства: • растр не требует предварительного знакомства с явлениями, данные собираются с равномерно расположенной сети точек, что позволяет в дальнейшем на основе статистических методов обработки получать объективные характеристики исследуемых объектов. Благодаря этому растровые модели могут использоваться для изучения новых явлений, о которых не накоплен материал. В силу простоты этот способ получил наибольшее распространение:
• растровые данные удобнее для обработки по парал-
лельным алгоритмам и этим обеспечивают более высокое
быстродействие по сравнению с векторными;
• некоторые задачи, например создание буферной зоны, гораздо проще решать в растровом виде;
• многие растровые модели позволяют вводить век
торные данные, в то время как обратная процедура весьма
затруднительна для векторных моделей.
• процессы растеризации много проще алгоритмически,
чем процессы векторизации, которые зачастую требуют
экспертных решений.
• Наиболее часто растровые модели применяют при обработке аэрокосмических снимков для получения данных дистанционных исследований Земли.
