Александр Грачев - Информационные технологии в экологии и природопользовании

Если атомарной единицей данных при их описании служит элемент «разбиения» территории не прямоугольной (квадратной), а другой правильной геометрической формы – речь идет о другой, отличной от растровой, хотя и формально с нею схожей, регулярно-ячеистой модели данных. Известны примеры регулярных сетей (решеток) с ячейками правильной треугольной, гексагональной или трапециевидной формы.

Рис. 6. Регулярная треугольная решетка

Рис. 7. Сеть равновеликих трапеций на сфере

Главный мотив использования и поддержки данной модели программными средствами ГИС – компактность хранения данных по сравнению с растровой моделью.

В основе квадротомического деревалежит разбиение изображения на вложенные друг в друга квадратные участки, каждый из которых делится рекурсивно на четыре вложенных до достижения некоторого уровня пространственного разрешения.

Рис. 8. Механизм построения квадродерева участка территории с пятью областями

На первом этапе деления исходного участка на четыре квадратных блока и одновременном «ветвлении» квадродерева образуется один неделимый далее элемент № 1 (ему соответствует «лист» дерева на рис. 8 справа) и три «узла» делимых далее квадратов первого уровня иерархии (принимая «корневой» уровень квадратного участка в целом за нулевой). За исключением девяти гомогенных квадратов, на втором иерархическом уровне все остальные элементы делятся далее, пока необходимость дальнейшего деления не будет исчерпана на последнем, четвертом, этапе.

Экономия в сравнении с растровой моделью данных очевидна – область Е на рис. 8. оказалась представленной одним квадратом под номером 33 (а не 16 элементами растра или ячеек регулярной сети), и ее цифровое описание подразумевает лишь формализованное представление структуры квадродерева.

Принимая за нулевой уровень иерархии земную сферу в целом, можно построить глобальное квадротомическое дерево. Уже на 23-м уровне иерархии достигается метровое его разрешение.

Векторные модели данных строятся на базе векторов, занимающих часть пространства в отличие от занимающих все пространство растровых моделей. Это определяет их основное преимущество – требование меньшей памяти для хранения и меньших затрат времени на обработку и представление.

Таблица 1

Краткое сравнение преимуществ растровой и векторной моделей

В транспортных, инженерных, коммунальных ГИС практически всегда используют векторные модели данных.

При построении ГИС применяют набор базовых геометрических данных, из которых затем компонуют остальные, более сложные данные. В ГИС используются следующие типы атомарных геометрических данных.

Безразмерные (0-мерные) типы объектов:

– точка – определяет геометрическое положение;

– узел – топологический переход или конечная точка, также может определять местоположение.

Одномерные типы объектов:

– линия;

– линейный сегмент – прямая линия между двумя точками;

– строка – последовательность линейных сегментов;

– дуга – геометрическое место точек, которые формируют кривую, определенную математической функцией;

– связь – соединение между двумя узлами;

– направленная связь – связь с одним определенным направлением;

– цепочка – направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов или дуг с узлами на их концах;

– кольцо – последовательность непересекающихся цепочек, строк, связей или замкнутых дуг.

Двумерные типы объектов:

– полигон (область) – ограниченный непрерывный объект, который может включать или не включать в себя собственную границу.

Трехмерные типы объектов:

– тело – объемный объект, описываемый триплетом координат, включая аппликату Z, и ограниченный поверхностями.

Множество точечных объектов, образующее слой однородных данных (например, множество объектов, соответствующих населенным пунктам), может быть представлено в векторном формате в виде неупорядоченной (не обязательно упорядоченной) последовательности записей (строк таблицы). Каждая из записей содержит три числа: уникальный идентификационный номер объекта (идентификатор), значения координат X и Y в системе плановых прямоугольных декартовых координат: