Sisteme Inf Geogr TURISM[1]

8/16/2019 Sisteme Inf Geogr TURISM[1]

1/136

1

Motto:Gestionarea informaiei din punct de vedere geografic a aprut odat cu realizarea primelor hr i.Cu toate acestea, gestionarea unor cantiti mari de informaii, rapid i într-un mod flexibil, a fost posibil relativ recent, prin dezvoltarea tehnologiei calculatoarelor.Astzi, aproape orice fenomen care se modific în spaiu i/sau timp, poate fi msurat i convertitîn informaie digital, permiându-ne organizarea activitilor i a mediului la nivele de detaliu i

acuratee f r precedent.La începutul anilor ’80, numrul utilizatorilor GIS era de ordinul sutelor. Astzi, acetiareprezint cel puin un sfert de milion i se apreciaz c la începutul secolului urmtor vor ficâteva zeci de milioane.

Jack Dangermond, 1998Fondator i preedinte ESRI

CURS I

Introducere

La începutul anilor ‘60, câiva geografi au conceput un sistem pentru stocarea i organizareainformaiilor spaiale în calculator. În ultimii 30 de ani, acest sistem în continu dezvoltare estecunoscut ca Sistem Informatic Geografic (SIG). Sistemele Informatice Geografice sunt pe cale s devin una din cele mai extinse aplicaii existente vreodat, cu arii de interes extrem de largi:cartografie de înalt calitate, managementul terenurilor i a resurselor naturale, dezvoltarea i planificarea mediului, cercetri ecologice, cercetri demografice, cercetri sociologice.Pân acum aproape dou decenii, Sistemul Informatic Geografic era o raritate iar azi multeorganizaii cheltuiesc mari sume de bani pentru Sistemele Informatice Geografice i pentru bazele de date geografice. Exist dou explicaii:• Mai întâi, costurile implicate în dezvoltarea componentelor hardware ale calculatorului scad

continuu i spectaculos, fiind însoite în acelai timp de o dezvoltare continu i constant a performanelor hardware i software.• În al doilea rând, datele geografice sunt parte constituent a lumii reale; aproape toate

deciziile luate de oameni sunt condiionate, influenate sau dictate într-un anumit fel degeografie. Se pot da mai multe exemple: construcia unui drum nou prin muni depinde decurbele de nivel; mainile de pompieri sunt direcionate spre locul incendiilor pe cel maiscurt drum; la fel pentru mainile de poliie; bolile sunt studiate prin identificarea ariilor ivitezei de r spândire. SIG ofer un mijloc de a integra informaiile în scopul de a formula i aînelege câteva din cele mai presante probleme ale zilelor noastre – defriarea pduriitropicale, ploaia acid, urbanizarea rapid, suprapopularea, foametea i impactul schimbrilorclimatice globale. Tehnologia SIG ne ajut s ne organizm datele legate de fiecare problem

i s înelegem relaiile spaiale existente între ele. O astfel de înelegere constituie baza pentru luarea unor decizii manageriale inteligente i adecvate.Deci creterea popularitii Sistemelor Informatice Geografice se datoreaz atât necesitiiutilizrii acestora, cât i oportunitii lor.

Noiuni generale despre sistemele informatice

Deoarece Sistemul Informatic Geografic este un domeniu relativ nou, ar trebui trecute în revist câteva noiuni de baz i prezentate definiiile principalilor termeni utilizai.Mai întâi, trebuie s subliniem faptul c Sistemele Informatice Geografice constituie una dincategoriile Sistemelor Informatice Spaiale, care fac parte din categoria Sistemelor


2/136

2

Informatice privite în ansamblu. Deci, vom începe cu conturarea sistemelor informatice îngeneral, un domeniu în plin evoluie, i cu descrierea subcategoriilor acestora.

Sisteme informatice

Ultimul deceniu al celui de al doilea mileniu a evideniat cât se poate de clar faptul c una dincondiiile de baz ale progresului societii contemporane este informaia i capacitatea de prelucrare i interpretare a acesteia – “informaia înseamn putere”.Luarea unei decizii se bazeaz din ce în ce mai mult pe analiza informaiilor asistat decalculator. Acest fapt a dus la apariia i dezvoltarea exploziv a unei adevrate piee ainformaiilor i a sistemelor informatice. Din aceast cauz, preul informaiei despre o anumit resurs tinde s reprezinte jumtate din valoarea acestei resurse.Informaiile diverse se transmit din ce în ce mai rapid, prin cabluri, prin diferite suporturimateriale sau prin intermediul benzilor electromagnetice. Prelucrarea, analiza i chiarinterpretarea lor se realizeaz cu ajutorul sistemelor de calcul.Sistemele Informatice (SI) sunt alctuite din aceste sisteme de calcul împreun cu programele,metodele, normele i personalul specializat. În denumirea lor, prima parte a termenului – infor –sugereaz informaia, iar matica sugereaz prelucrarea automatic a acesteia cu ajutorulcalculatorului.Societatea actual a început s îneleag în bun parte beneficiile explor rii i exploatriiinformaiilor în cele mai diverse domenii de activitate i a recepionat asaltul calculatoarelor,sperând în modernizarea, revitalizarea i perfecionarea tuturor activitilor, productive sau ne productive.Cu toate acestea, calculatoarele nu sunt înc eficient utilizate deoarece se înelege mai greufaptul c au nevoie de programe specifice i de personal specializat pentru valorificarea programelor respective. Luarea celor mai bune decizii manageriale sau productive nu se mai poate realiza astzi f r ajutorul calculatorului i a programului cel mai avansat, f r un SistemInformatic specializat.

Sisteme Informatice Spaiale (SIS)

Sistemele Informatice Spaiale (SIS) au fost create pentru achiziionarea, prelucrarea i analizainformaiilor care privesc spaiul.Ele au revoluionat forma tradiional de stocare a datelor, prelucrarea i analiza acestora pe baza planurilor topografice, a fotogramelor i a hr ilor. Datele din cadrul SIS pot avea orice tip decoordonate spaiale.În funcie de modul de prelevare a datelor i obiectivele principale, exist 5 categorii majore încadrul Sistemelor Informatice Spaiale:1. Proiectare asistat pe calculator (Computer Aided Design) – CAD – pentru desenarea i

proiectarea obiectelor. De exemplu, programul RELEASE din pachetul AutoCAD estespecializat în grafica i proiectarea 3D, utilizând limbajul LISP. Sistemele CAD utilizeaz relaii topologice simple i au capaciti limitate în domeniul analitic.

2. Sistemele de Cartografie Computerizat – SCC – înlocuiesc procedeele cartografieriiclasice cu ajutorul simbolizrii, clasificrii i interogrii automate. Harta tradiional esteînlocuit cu harta digital, care alctuiete împreun cu elementele explicative o baz de date.Aceasta poate fi legat de un sistem de gestiune a bazei de date SGBD, dar nu pot fiexecutate decât operaiile simple de interogare, regsire, afiare i restituie.Un exemplu de SCC este MapInfo, care are are un SGBD specializat pe date de cartografietematic, o bun calitate a restituiei cartografice, dar limitri în domeniul analizei spaiale.Un alt exemplu de SCC performant este Advanced Cartographic Environment (ACE), careeste o extensie necesar pentru alte SIS, fiind specializat în editarea hr ilor de înalt calitate.Este un produs al concernului PCI i a aprut doar în ediii specializate pe domenii deaplicare.


3/136

3

3. Sistemele Informatice de Teledetecie – SIT- i Sistemele Informatice deFotogrammetrie - SIF. Teledetecia i fotogrammetria s-au dezvoltat mult în ultimul timp,ducând la apariia unor programe specializate de achiziie, procesare i export a informaiilorobinute în aceste domenii. Cele mai cunoscute SIT sunt pachetele EASI/PACE,ImageWorks, OrthoEngine SE, ERDAS Imagine, ImageStation, iar din domeniul SIF, pachetele OrthoEngine Ae, OrthoMax, Softplotter, Leica AG. Exist i unele sisteme mixte,

care permit prelucr ri atât ale imaginilor satelitare, cât i a fotogramelor, ca i sisteme care permit operaii spaiale foarte avansate, cum ar fi deducerea automat a modelelor digitale deelevaie.

4. Sistemele Informatice Geografice - SIG – se ocup de cartografierea automat,inventarierea resurselor, analiza spaial i managementul activitilor umane. Exemple desisteme SIG sunt ARC/INFO, ER Mapper, GRASS, IDRISI, Microstation, SPANS; etc.Trebuie remarcat distincia calitativ între cartografierea computerizat, vizualizare idesign SIG. Adevratele produse SIG se disting prin capacitatea lor de a efectua analizespaiale i modelare. Ultimele versiuni ale pachetelor SIG sunt capabile s importe i s prelucreze imagini satelitare i aerofotograme.

5. Sistemele Informatice de Vizualizare – SIV – numite i viewere, sunt sisteme SIS care au

ca obiectiv doar funciile de vizualizare i interogare a bazei de date spaiale. Ele suntrezultatul unor adevrate SIS realizate de firme specializate pentru acele întreprinderi care nuau nevoie de toate funciile SIG, ci doar de cele menionate mai sus.

Un exemplu este SPANS Observer, care este viewer-ul programului SPANS. Nu permiteactualizarea datelor ci doar extragerea informaiilor.Un alt exemplu este FLY!, care lucreaz în spaiu tridimensional, permiând un “zbor” al punctului de observaie la înlimea dorit de vizualizator, cu control în timp real al direciei ivitezei de deplasare. Programul permite simularea condiiilor atmosferice în timpul deplasrii.

Toate aceste Sisteme Informatice Spaiale au între ele multe aspecte comune, dar i multecaracteristici proprii fiecrei categorii în parte. Principala calitate a Sistemului InformaticGeografic este capacitatea sa de a efectua operaii analitice cu datele spaiale, deci calitatea sa deSistem de Analiz Spaial (SAS).

Fig. 1. Relaia dintre SIG i celelalte Sisteme Informatice Spaiale.Sistemul Informatic Geografic este capabil s preia, s prelucreze i s analizeze produselecelorlalte sisteme spaiale.

SCCSIV

CAD

SIG

SIT i SIF

INFORMATICE

SISTEME

SPAIALE


4/136


5/136

5

procedee de cartografiere computerizat. Procedeele i metodele de analiz spaial pot figrupate în urmtoarele categorii:- operaii spaiale unare,- analize spaiale unare,- metode de modelare spaial - i spaio-temporale.

Dinamica Analizei Spaiale fiind accentuat, sunt ateptate noi metode i procedee ale AS.Analiza spaial trebuie s îndeplineasc simultan câteva deziderate:- s examineze i s interpreteze datele,- s obin un plus de informaie aparent ascuns,- s evalueze din punct de vedere cantitativ i calitativ, entitile, procesele i fenomenele din

spaiul analizat,- s ofere un sprijin concret în vederea unei decizii corecte.Realizarea în practic a analizei spaiale presupune utilizarea unei proceduri analitice combinatecu:- managementul bazei de date,- analiza statistic i geostatistic a datelor,

- procesarea imaginilor,- elemente de cartografie computerizat.Metodele matematice de modelare spaial i spaio-temporal au drept scop prezentarea cilorde realizare a modelelor de spaiu, a scenariilor i a prediciei în scopul sprijinirii analizei dedecizie. Pentru utilizarea SIG i pentru efectuarea analizei spaiale, sunt foarte importantecunotinele privind grafica computerizat i specificul tehnologiei informaionale în cadrul SIG.


6/136

6

SCURT ISTORIC AL SISTEMULUI INFORMATIC GEOGRAFIC

Am putea puncta ca prime semnale, care au precedat cu mult contientizarea i apariiaadevratelor Sisteme Informatice Geografice, tentativele de automatizare a prelucr rii datelorgeografice ale lui Herman Hollerith, care adapteaz tehnica cartelelor perforate în vedereacolectrii i trierii datelor obinute de Institutul Naional de Statistic al SUA în urmarecensmântului populaiei din 1890.La sfâr itul anilor ’50 i începutul anilor ’60, apare a doua generaie de calculatoare, cu posibiliti de prelucrare crescute, care încep s fie utilizate în noi domenii. Acum sunt realizate primele aplicaii în domeniul meteorologiei, geologiei i geofizicii, îns tehnologiile deimprimare inadecvate duc la produse grafice rudimentare. În Europa i în America de Nord, seîntreprind studii demografice, de urbanism, transport sau distribuire a resurselor naturale în carese apeleaz la utilizarea calculatoarelor electronice.Actul de natere al Sistemului Informatic Geografic este semnat de abia în 1962, pe continentulamerican, care deine de altfel de la început supremaia de necontestat pe piaa informaticii.Termenul apare în denumirea unui proiect de anvergur , când Roger Tomlinson reuete s conving guvernul canadian s finaneze un proiect denumit “Sistemul Informatic GeograficCanadian”. LA Baza acestuia se afla un alt proiect al Ministerului Agriculturii, care dorea lavremea aceea un recensmânt al terenurilor agricole, dar i posibilitatea de utilizare a acestuia pentru a produce diverse hr i tematice care ar fi ajutat evidenierea zonelor sensibile,distribuirea subveniilor, etc.Ideile noi pe care le aduce Sistemul Informatic Geografic Canadian:• Utilizarea scanrii unor suprafee cu o mare densitate de obiecte – hr ile sunt retiprite în

acest scop printr-un proces asemntor digitizrii;• Vectorizarea imaginilor scanate;• Partiionarea geografic a datelor pe straturi tematice;• Utilizarea sistemului de coordonate absolut pentru întreg teritoriul, cu o precizie ajustabil la

rezoluia datelor;• Precizia numeric poate fi setat de administratorul sistemului i schimbat de la un strat laaltul;

• Separarea datelor în fiiere atribut i fiiere de locaii;• Conceptul de tabel de atribute.În aceeai perioad, în SUA, Departamentul Apelor i Controlului Polurii (care apar inea deMinisterul Sntii) dezvolta un sistem de achiziie i gestionare a datelor privind calitateaapelor. În paralel, Serviciul forestier dezvolta MIADS, un sistem de gestiune a parchetelorcapabil de a achiziiona i de a analiza date, precum i de a produce noi hr i tematice pe bazacelor existente.În 1964, în SUA, are loc prima conferin referitoare la Sistemul de Informaii pentru

Planificare Urban, conferin aflat la originea Asociaiei Sistemelor Informaionale Urbane iRegionale, a crei activitate continu i în prezent.În 1965, la Harvard University Graduate School of Design se înfiineaz, sub conducerea luiHoward Fisher, un laborator numit “Laboratory for Computer Graphics” (Laborator pentrugrafica pe calculator), laborator care este un reper important în scurta istorie a SIG.Activitatea laboratorului se concentreaz pe dou direcii principale:- grafica pe calculator i aplicaiile sale, pe de o parte,- cercetri privind analiza spaial în cazul planificrii regionale i urbane, arhitecturii urbane

i a peisajului i aplicaiile calculatoarelor în programarea, proiectarea, simularea i evaluareaacestora, pe de alta.


7/136

7

În paralel, William Warntz organizeaz cercetarea în geografie teoretic i în domeniul teorieisuprafeelor, macro-geografiei fenomenelor sociale i economice i teoriei locului central.Laboratorul a fost rampa de lansare pentru o serie de persoane care au r mas repere în domeniulSIG. Câiva studeni care au lucrat în perioada respectiv în cadrul laboratorului au înfiinat maitârziu companii cu activitate de pionierat în domeniul SIG, i care se situeaz i în prezent pe primele locuri în acest domeniu: Jack Dangermond, fondatorul companiei ESRI (Environmetal

Systems Research Institute), creat în 1969 i cunoscut pentru pachetul de programeARC/INFO; David Sinton de la Intergraph; Lawrie Jordan i Bruce Rado, de la ERDAS.În anii ‘70 sunt elaborate, în cadrul laboratorului, o serie de pachete de programe culminând cuODYSSEY, descris de autori ca fiind un program pentru “gestionarea, analiza i afiareainformaiei geografice”. În paralel, David Sinton lucreaz la GRID i mai târziu IMGRID, programe pentru analiza informaiilor geografice în format raster, realizri pe care se bazeaz mai târziu Intergraph. Pornind de la IMGRID, Dana Tomlin elaboreaz, în teza sa de doctorat, unlimbaj pentru specificarea operaiilor de analiz spaial (Map Algebra) i un program (MAP) bazat pe utilizarea acestui limbaj.Primul pachet comercial de programe destinate Sistemelor Informatice Geografice, denumitARC/INFO, este prezentat publicului în 1981 i este produs de ESRI. ARC/INFO are dou

componente: un Sistem de Gestiune a Bazei de Date denumit “Info” (achiziionat de ESRI de lao alt firm) i un modul de grafic vectorial (“Arc”). Programul permite “ataarea”înregistr rilor alfanumerice gestionate de SGBD la informaia grafic.

Carl Steinitz (1993), propune o împr ire pe etape a dezvoltrii Sistemelor InformaticeGeografice.Prima etap, cea a anilor ‘60, este caracterizat prin începerea utilizrii calculatoarelor pentruoperaii care se efectuau pân atunci manual, mai ales în domeniul cartografiei. Capacitile deanaliz a informaiei erau primitive i erau de obicei posibil de executat i manual.A doua etap, de la sfâr itul anilor ‘60 pân la mijlocul anilor ‘70, se caracterizeaz prinîmbuntirea posibilitilor de analiz a datelor. Se pot efectua astfel analize în care se combin tehnici statistice i cartografice, apar metode complexe de analiz spaial i se pot afiainformaii sub alte forme decât cea a hr ilor plane. Cresc aplicaiile practice ale SIG, în special pentru studiile de impact asupra mediului i de administraie public. Crete de asemenea,acceptarea noilor tehnologii i utilizarea lor profesional, în special în domeniul proiectelor demare amploare.A treia etap, la mijlocul anilor ‘70, e caracterizat de interaciunea cu alte discipline i profesiuni, în special din domeniul tiinific i ingineresc. Acum este identificat necesitatea de aconcepe modele mai perfecionate i este contientizat rolul informaiei (atât ca structur cât i camod de prezentare) în luarea deciziilor.Etapa a patra, de la sfâr itul anilor ‘70 pân la mijlocul anilor ‘80, este caracterizat de apariiacalculatoarelor personale accesibile ca pre i a programelor cu o interfa utilizator din ce în cemai prietenoas. Se creeaz premisele utilizrii descentralizate a calculatoare i a prelucr riidistribuite în reele locale. Apare i o mai larg acceptare a noilor tehnologii.A cincea etap se caracterizeaz prin 2 curente contradictorii: pe de o parte, o cretere aactivitii de cercetare fundamental în domeniul SIG i a asistrii procesului de luare de decizie, pe de alt parte, a crescut viteza i capacitatea calculatoarelor, a sczut preul lor i au aprutîmbuntiri semnificative în efectuarea algoritmilor de prelucrare a imaginilor, ceea ce a permiscreterea ponderii teledeteciei ca surs de date pentru SIG. Flexibilitatea mai ridicat a programelor a permis aplicarea SIG într-un domeniu mai larg, de ctre utilizatori f r oexperien îndelungat.În ceea ce privete evoluia pachetelor de programe destinate SIG, vom reveni ulterior asupraacestei probleme.


8/136

8

Definiia Sistemului Informatic Geografic

O colecie organizat de echipamente i programe de calculator, date geografice i personalavând ca scop culegerea, stocarea, actualizarea, manipularea, analiza i vizualizareatuturor formelor de date geografice referite (localizate) spaial (georefereniate).În sens mai restrâns, termenul se refer uneori numai la sistemul informatic capabil de a stoca ifolosi date care descriu locuri de pe suprafaa pmântului.

Multe alte programe larg utilizate pot manipula date geografice sau spaiale, cum ar fi programele bazate pe foi de calcul (Lotus 1-2-3, Excel), baze de date (Access, FoxPro, DBase), pachete statistice (SAS i Minitab), pachete de desenare (AutoCAD). Deosebirea const în faptulc un SIG este un SIG doar dac permite operaii spaiale asupra datelor.

Alte definiii ale Sistemului Informatic Geografic

Burrough (986): GIS este un puternic set de instrumente pentru culegerea, stocarea,transformarea i vizualizarea datelor spaiale ale lumii reale.Chorley (987): Un sistem de achiziionare, stocare, verificare, integrare, prelucrare, analiz iafiare a datelor georefereniate.Svulescu (996): Un GIS este un ansamblu de persoane, echipamente, programe, metode i

norme, având ca scop culegerea, validarea, stocarea, analiza i vizualizarea datelor geografice.ESRI: SIG este un instrument bazat pe calculator, pentru realizarea hr ilor i analiza lucrurilorcare exist i a evenimentelor care se petrec pe Pmânt. Tehnologia SIG combin operaiileuzuale de baze de date, precum i interogarea i analiza statistic, cu avantajele vizualizrii unicei analizei geografice oferite de ctre hr i. Aceste caliti difereniaz SIG-ul de alte sistemeinformatice, punându-l la dispoziia unui public larg i variat sau al firmelor particulare, înscopul explicrii fenomenelor, prediciei efectelor i planificrii strategiilor.The Geographer’s Craft Project, Department of Geography, University of Texas: SIG esteo baz de date specializat, în care un sistem de coordonate spaial obinuit este principalulmijloc de referin.De o mare complexitate, SIG-ul necesit urmtoarele mijloace:

• Date de intrare provenind din hr i, fotografii aeriene, de la satelii, relevee sau alte surse;• Stocarea datelor, redarea i interogarea;• Transformarea datelor, analiza i modelarea, incluzând statistica spaial;• Expunerea datelor sub form de hr i, rapoarte i planuri.

În legtur cu aceast definiie se impun câteva observaii:• SIG-ul este conectat la alte aplicaii de baze de date, îns cu diferena important c toate

informaiile sunt legate de o referin spaial prin georefereniere.• SIG integreaz numeroase tehnologii, cum ar fi cele pentru analiza fotografiilor aeriene i a

imaginilor furnizate de satelii, pentru crearea modelelor statistice sau desenarea hr ilor.• SIG-ul, cu tabloul su de funcii, ar trebui privit mai curând ca un proces decât doar ca un

pachet de programe, altfel s-ar neglija tocmai rolul determinant pe care îl are în cadrul unui proces decizional.

Ce nu este un Sistem Informatic Geografic?

SIG nu este un simplu sistem care face hr i, dei poate crea hr i la diferite scri, în diferite proiecii i în diferite culori, ci un instrument de analiz, permiând identificarea relaiilorspaiale dintre componentele hr ii.Un SIG nu stocheaz harta în sens convenional, nici nu stocheaz imagini sau vederi ale unuiareal geografic, i nici alt fel de date pur i simplu. În schimb, un SIG înmagazineaz date cucare se poate crea imaginea dorit, desenat ca s serveasc unui anumit scop.


9/136

9

Discipline ce contribuie la fundamentarea SIG

Geografia – preocuparea ei este înelegerea lumii i a locului pe care îl ocup fiina uman încadrul acesteia.Cartografia – se ocup cu reprezentarea informaiilor spaiale, cel mai frecvent sub formahr ilor. Harta este un mod eficient pentru stocarea acestui tip de informa ii i pentru înelegereai analizarea acestora.

Teledetecia – furnizeaz informaii colectate de satelii sau avioane.Fotogrammetria – utilizeaz fotografii aeriene i tehnici speciale de obinere a informaiilor pe baza acestora.Topografia – asigur precizia datelor legate de poziia terenurilor, cldirilor sau altor entiti(acum se utilizeaz GPS – Global Positoning System).Statistica i cercetarea operaional – pune la dispoziie numeroase metode de construcie amodelelor de calcul sau de analiz a datelor. Statistica este important pentru înelegerea erorilori incertitudinilor în SIG.Matematica, în special, topologia, geometria i teoria grafurilor – care furnizeaz numeroasemetode care pot fi exploatate în SIG.Informatica aplicat – ofer metode i instrumente soft specifice. Subdomenii:

Proiectarea asistat de calculator (Computer Aided Design – CAD) – furnizeaz programe ce pot fi utilizate de SIG în introducerea datelor, reprezentare, afiare i vizualizare.Grafica computerizat – asigur componente hardware i programe pentru afiarea obiectelorgrafice ce faciliteaz vizualizarea în diverse moduri.Sisteme de gestiune a bazelor de date (SGBD) – contribuie prin pachete de programe i metodela prelucrarea unor seturi foarte mari de date, necesare în cadrul multor aplicaii SIG (cadastrale,recensmânt, etc.).Inteligena artificial – furnizeaz numeroase tehnici, utile în procesul decizional, cum ar fi înconstruirea sistemelor expert care s îl ajute pe utilizator în formularea unor întrebri care s necesite r spunsuri utile.

Analistul SIG trebuie s aib o idee general asupra relaiilor dintre SIG i fiecare din acestedomenii, dar trebuie s îneleag contribuia propriului su domeniu de specialitate în construireaunui SIG.

Organizarea unui Sistem Informatic Geografic

În alctuirea unui Sistem Informatic Geografic intr : echipamentele informatice, programele, bazele de date (care cuprind abstractizri sau simplificri ale lumii reale), baza de metode imodele i, last but not least, utilizatorul (personal specializat).

Utilizator Programe iechipament Baza dedate Lumeareal

abstractizaresausimplificare

SIG

rezultate


10/136

10

Componente hardwareSIG-urile actuale sunt construite pentru a lucra fie pe calculatoare personale, fie pe staii grafice.Schema general a configuraiei hardware este urmtoarea (Haidu, 1998):Pentru prima etap, cea de culegere a datelor, calculatorul este legat la câteva tipuri dedispozitive de colectare a datelor i de transformare în format digital:- mouse i tastatur (pentru date nespaiale în special),

- digitizor (pentru operaia de digitizare),- scaner (pentru operaia de scanare),- unitate de disc mobil i modem (pentru preluarea de date digitale de pe alte calculatoare sau

de pe reea).Pentru prezentarea rezultatelor finale, calculatorul este legat la- un monitor cu ecran mai mare (pentru vizualizarea rapid a hr ilor finale),- un periferic (imprimant sau plotter) care s permit desenarea hr ilor pe suport material

(hârtie, folii transparente, hârtie fotografic),- un inscriptor CD (pentru imprimarea rezultatelor pe un suport informatic)- un modem (pentru transmiterea rezultatelor în reea).Discul dur, numit i discul hard, înmagazineaz programele i baza de date.

Fig. 2 Principalele componente hardware ale SIG.

Componentele softwareUn SIG cuprinde o sum de programe grupate în module sau subsisteme. Independent de modulde organizare, un SIG complet trebuie s cuprind urmtoarele componente software adaptatestocrii i prelucr rii datelor localizate geografic (Haidu, 1998):− Sistem de intrare, editare, transformare, verificare, validare a datelor;− Sistem de gestiune a bazei de date;− Sistem de procesare analiz a imaginilor;− Sistem de cartografie computerizat;− Sistem de analiz statistic i spaial;− Sistem de afiare i redare.

Exist câteva pachete de programe dedicate SIG care sunt utilizate de majoritatea utilizatorilor, precum i un numr mai mic de programe construite special. Printre cele mai cunoscute, se potaminti: ARC/INFO, GRASS, IDRISI, SPANS, Intergraph, MapObject.

DIGITIZOR PLOTTERMODEM

SCANER IMPRIMANTA

STAIEGRAFIC

sau PC

INSCRIPTORCD

DISC MOBIL(dischet, CD, Zip)


11/136

11

Baza de dateO baz de date spaial este alctuit de fapt dintr-o- o baz de date grafic - o baz de date atribut.În cadrul unor sisteme, cele dou baze se integreaz i formeaz o singur entitate, harta digital,care este o colecie de simboluri grafice, la care se ataeaz o colecie de caracteristici (atribute)

pentru fiecare obiect reprezentat pe hart. Atât simbolurile grafice, cât i atributele asociate, suntorganizate în format numeric pentru a putea fi prelucrate de ctre calculator.

Baze de metode i modeleUn Sistem Informatic Geografic trebuie s opereze conform unui plan clar i a unui regulament bine conceput, pentru a reui în ceea ce i-a propus. Fiecare organizaie trebuie s îi stabileasc obiectivele realizrii Sistemului Informatic Geografic respectiv i, în acest scop, trebuie s-istabileasc modele i practici de operare unice. Pentru a proiecta prin SIG un model al lumiireale, trebuie s identificm i apoi s conceptualizm problema ce trebuie rezolvat.Modul de introducere a datelor în baza de date a unui SIG, precum i modul de stocare ianalizare a acestora, depind de obiectivele propuse ale SIG, de modelele i metodele care vor fiutilizate pentru prelucrarea datelor.Personalul specializatPentru ca un colectiv creat pentru a lucra cu un SIG s aib randament maxim, sunt necesare cel puin 4 persoane care s acopere urmtoarele specialiti: geografie cantitativ, analiz i programare, inginerie de sistem, proiectare. În plus, în funcie de sursa datelor, în echip ar puteas intre un specialist în geodezie – topografie sau teledetecie – fotogrammetrie. Este necesar deasemenea prezena unui specialist cu pregtire superioar din domeniul utilizatorului: urbanism,geologie, protecia mediului, aprare, etc. O condiie esenial este pregtirea membrilor echipeiîn domeniul analizei spaiale i în general, în utilizarea programelor SIG. Necesarul personalului mediu (operatori pentru baz de date sau pentru digitizare) este stabilit în

funcie de amploarea proiectului i de diversitatea perifericelor.Obiectivele fundamentale ale SIG

În principiu, un Sistem Informatic Geografic trebuie s r spund la urmtoarele 8 întrebri de baz:Caracterizarea – Care sunt însuirile obiectului, terenului? De exemplu panta, expoziia,

utilizarea terenului.Localizarea – Ce se afl la ... (în ...)? Prin aceast întrebare se caut s se afle ce exist într-un

anumit loc. Locul poate fi descris în mai multe moduri: codul potal, strada inumrul, coordonate rectangulare sau geografice.

Condiia – Unde este ...? Acest tip de întrebare este inversul întrebrii anterioare i necesit

analiza spaial pentru a gsi r spunsul. Ca exemplu, se dorete s se afle unde anumese gsete un teren sau un obiect care s îndeplineasc anumite condiii: o plantaie pomicol de 10 ha cu acces la drum asfaltat.

Structuri – Ce structuri spaiale exist ...? Acest tip de întrebare este mai sofisticat i cere unr spuns complex. Se poate formula o astfel de întrebare pentru a determina dac degradarea reelei de irigaie este o cauz a recoltelor slabe.

Topologia – Care sunt vecintile (cadrul)? respectiv în ce context spaial se afl obiectul?Pentru a r spunde la aceast întrebare este necesar analiza spaial a teritoriului.

Tendina – Ce s-a modificat de când ..? Acest tip de întrebare implic întrebri anterioare idorete s determine schimbrile aprute într-un interval de timp dat. De exemplu, ces-a întâmplat cu solurile zonei Sulina dup desecarea mlatinilor?


12/136

12

Prognoza – Ce se va întâmpla sau cum va fi peste ... n ani? Aceast întrebare necesit un program de prognoz. Dac exist de exemplu, eroziune într-o anumit zon, cum vaevolua problema aceasta în viitor?

Modelarea – Ce ar fi dac ... ? Ce se poate întâmpla dac se construiete un stadion sau unaeroport într-un anumit loc.


13/136

13

CURS II

Termeni de baz în SIG

Un element specific Sistemelor Informatice Geografice este lucrul cu elemente grafice. Pentru aînelege modul în care un SIG opereaz cu datele (geo)grafice este necesar definirea principalelornoiuni ale tehnologiilor SIG: entiti spaiale, diferena între date i informaii, spaiul în careopereaz acestea, modul precum i sistemele de reprezentare a entitilor spaiale.

Entiti spaiale

O entitate spaial este acel obiect sau fenomen al lumii reale care nu este divizibil în obiecte saufenomene de acelai tip. Este principala purttoare de informaie.Caracteristicile unei entiti spaiale:- apartenena la o anumit clas de entiti,- atributele sale

- relaiile spaiale cu alte entiti spaiale.Date i informaii în SIG

“Datele sunt fapte reprezentate prin valori, cifre i litere sau simboluri ce poart o anumit semnificaie într-un anumit context” – Everest (1987) sau “data e un semn, un ir de caractere, unnumr depus pe un suport în vederea regsirii lui ulterioare” – Svulescu (1996).Informaia este “o dat care a primit semnificaie” – Svulescu (1996).Trebuie subliniat distincia dintre date i informa ii: datele sunt reprezentri codate ale informaiei,în timp ce informaia rezult din date i este util pentru rezolvarea problemei.Informaia geografic este “o dat care poate fi corelat cu o anumit poziie de pe Pmânt” –Departamentul de Mediu (1987).Datele geografice (spaiale) sunt mai complexe decât alte tipuri de date deoarece trebuie s conin

informaii despre poziia i atributele obiectelor, precum i conexiunile dintre acestea. Pentruaceasta, ele se raporteaz la un reper sau o referin prin care le este descris poziia pe globul

pmântesc, deci necesit existena unor sisteme de refereniere spaial.

Componentele datei geografice

Aceste componente sunt în numr de patru:- poziie – exprim poziia entitii fa de SR al Pmântului i este exprimat de regul prin

coordonatele geografice i, uneori, prin codul potal;- atribute – descriu anumite caracteristici ale entitilor geografice (cantitative i calitative);- relaii spaiale – conin informaii despre poziia relativ fa de alte entiti, deci despre

topologie;

- timp – momentul în care a fost culeas data.


14/136

14

Elemente specific geografice

Elementele specific geografice care se regsesc în cadrul tehnologiilor SIG sunt: datele geografice,hr ile, reprezentrile spaiului i unele procedee de colectare a datelor i de analiza spaial.

Conceptul de spaiu

Toate activitile umane se desf oar în cadrul spaiului geografic, care poate avea 2 sau 3dimensiuni. Percepia sa s-a realizat pân de curând prin reprezentarea prin hart. Singura problem este c hr ile i planurile au doar 2 dimensiuni, în timp ce obiectele i fenomenele lumii reale sedesf oar în spaiul tridimensional.

Reprezentarea spaiului

Capacitatea unui SIG de a reprezenta spaiul geografic este principala sa calitate, pe care se bazeaz construirea aplicaiilor practice.Reprezentarea spaiului presupune pe de o parte capacitatea de a reda fidel elementele sistemului de

referin spaial: elipsoizi, sisteme de coordonate i sisteme de proiecie cartografic, iar pe de alta,capacitatea de a reprezenta caracteristicile spaiale ale obiectelor i proceselor lumii reale: poziii,mrimi, forme, distane, unghiuri. Modul în care se realizeaz aceste obiective depinde de viziuneaSistemului Informatic Geografic asupra spaiului.Din punct de vedere geometric, principalele viziuni asupra spaiului sunt: euclidian, cartezian,fractal, peanian, teseral i topologic.

Spaiul euclidianÎn acest spaiu, cu excepia cercului, toate obiectele din plan sunt delimitate prin segmente dedreapt (chiar i liniile curbe) orice obiect apare sub forma unui poligon. Orice obiect din acestspaiu este independent, f r s aib legtur geometric cu obiecte vecine.În spaiul euclidian, distana cea mai scurt dintre dou puncte este linia dreapt, numit distana

euclidian sau distana metric. În cadrul aezrilor omeneti, distana care trebuie parcurs întredou puncte nu mai poate fi linia dreapt, ci ea urmeaz frama stradal. O astfel de distan este maimare decât linia dreapt care ar uni cele dou poziii i este denumit “distana Manhattan” (cartierdin New York cu str zi dispuse rectangulare) sau distana oferului de taxi (fig. II.1).Fig. II.1 - Distana dintre punctele A i B poate fi parcurs fie în linie dreapt (1), fie prin urmrirea

framei stradale, respectiv prin distana Manhattan (2)

Distana Manhattan are largi aplicaii în cadrul SIG în ceea ce privete domeniul interogrilor, alidentificrii locurilor optime.

B

2

1

A


15/136

15

Spaiul cartezianAre la baz sistemul cartezian de axe tridimensionale x, y, z, cu ajutorul crora orice obiect poate fi

precis localizat. Conceptul de spaiu cartezian constituie baza msur torilor i reprezentrilorsuprafeei terestre. În acest scop, s-au fixat anumite puncte de reper – punctele geodezice.În SIG, localizarea obiectelor geografice nepunctuale se face printr-un ir de coordonate care fixeaz

poziia i geometria entitilor spaiale utilizate.

Spaiul fractalLimitele unui obiect se consider a fi reprezentate printr-o infinitate de segmente mici, a crordimensiune tinde ctre zero, ceea ce îl deosebete de spaiul euclidian.De fapt, aceast viziune a fost sugerat de scara de reprezentare a liniilor neregulate, a cror lungime

– spre deosebire de liniile drepte – depinde de scara hr ii. Dac scara crete, va crete i lungimealiniei neregulate respective i invers. Un matematician, Mandelbrot, a propus o metod de estimare aneregularitilor unei linii drepte în funcie de raportul scrii (notat cu r) i numrul de pai folosii

pentru msurarea lungimii, notat cu N, astfel:D = logN/logr

Curba neregulat a fost denumit fractalD – dimensiunea fractal.Dimensiunea fractal pentru o linie aflat în plan variaz între 1 i 2.D = 1 – linia este dreapt D = 2 – linia se va caracteriza prin neregulariti extreme.Conceptul se poate aplica i la spaiul bi i tri dimensional. Pentru o suprafa perfect plan,dimensiunea fractal este 2, iar pentru un cub, valoarea este 3.Conceptul fractal are la baz curba i floconul lui Koch. Iniial, curba lui Koch are la baz unsegment care se împarte în 4 pr i egale, cele dou segmente din mijloc generând un triunghiechilateral f r baz. Apoi fiecare din aceste 4 segmente se împarte în 4, pe acelai principiu, . a. m.d, la infinit. D p d v geometric, aceast curb este continu, alctuit dintr-o inf. de segmente de

lungime nul i nu admite tangente în nici un punct.

Fig. II.2 – Curba lui Koch – etape de dezvoltare.

Floconul lui Koch are la baz un triunghi echilateral ale crui laturi se divid în 4, dup modelul linieilui Koch. Se poate demonstra c perimetrul tinde la infinit, iar aria formei respective tinde spre olimit finit.

a

b c

d e


16/136

16

Utilizarea fractalilor în SIG conduce la o abordare a realitii spaiale de tip recursiv i stochastic: oricât de mic este un segment poate fi divizat în continuare. Acest lucru poate conduce laevidenierea unor aspecte care pot fi mascate ca efect al scrii de reprezentare. De exemplu:- la o scar foarte mic, o localitate apare sub form de punct,

- odat cu creterea scrii, apare ca un poligon,- dac scara crete i mai mult, se pot distinge frama stradal i cldirile.Fractalii ajut de asemenea la perceperea corect a limitelor.Distanele citite pe hart cresc logaritmic cu mrimea scrii de propor ie, deoarece astfel se potdetalia elemente de coninut i pot aprea altele noi.

Spaiul peanianÎn aceast concepie,- punctul este vzut ca un mic ptrat ale crui laturi tind ctre zero.- linia dreapt are i o doua dimensiune, limea, care tinde spre zero.- linia curb arat ca o succesiune de trepte a cror înlime tinde spre 0,- în viziunea tridimensional, linia curb este o spaghet cu seciunea care tinde spre 0.

- spaiul capt caracteristici extensionale- un punct care este un ptrat cu laturile tinzând spre 0, se poate divide în 4 puncte mai mici.Viziunea peanian reprezint un mod de reprezentare discret a spaiului exprimat prin entiti(celule) de suprafa (sau pixeli) – spaiu rasterizat.

Spaiul teseralAcest tip de spaiu are la baz forme geometrice regulate (ptrat, triunghi echilateral, hexagon, etc.)sau neregulate, care se constituie într-o reea, repetându-se la infinit.Spaiul teseral bazat pe hexagonul regulat – avantaj: echidistan între punctele centrale alehexagoanelor.Spaiul bazat pe o reea de ptrate – se poate diviza sau agrega în ptrate în mod recursiv, alctuind

baza structurii quadtree.

Spaiul peanian plat – similar spaiului teseral bazat pe ptrat.Spaiile teserale neregulate au la baz triunghi oarecare sau poligonul neregulat. Spaiul teseral bazat

pe triunghiuri neregulate este foarte utilizat în SIG – în geodezie i în reprezentarea reliefului, prinreeaua de triangulaie neregulat.

Spaiul topologicTopologia studiaz caracteristicile geometrice ale obiectelor independent de sistemul de coordonateîn care se afl. Conceptul topologic consider c relaiile între obiectele din spaiu sunt mult maiimportante decât forma acestora. Coordonatele obiectelor au un rol secundar deoarece intervineun anumit subiectivism în în ceea ce privete amplasarea obiectelor în cadrul spaiului.Spaiul de tip topologic implic probleme de vecintate, precum i identificarea structurilor de tipulgrafurilor. Topologia unui spaiu euclidian îmbin atât aspectele care privesc localizarea precis a

obiectelor geografice prin coordonate, cât i relaiile dintre ele.De exemplu – harta reelei feroviare a unei regiuni – tipic topologic indic configuraia în plan atraseului dintre localiti, i dac anumite localiti sunt sau nu adiacente cii ferate.

Reprezentarea entitilor spaiale în cadrul SIG

În SIG exist în principiu dou categorii de date:• unele care descriu entitile spaiale (într-un sistem de coordonate spaiale) – datele grafice; • altele care se refer la atributele entitii spaiale respective – datele nongrafice sau atribut.


17/136

17

Datele nongrafice sunt gestionate pe principiul sistemelor de gestiune a bazelor de date.Datele grafice sunt însi entitile spaiale. Sunt gestionate în mod specific de fiecare SistemInformatic Geografic. Exist 3 tipuri principale de entiti spaiale: punctul, linia i aria poligonal.

Punctul

Punctul reprezint o localizare discret care definete un obiect din natur ale crui limite sau form sunt prea mici pentru a fi redate ca linie sau suprafa (de exemplu, un foraj, un profil de sol, unizvor, etc.). De asemenea, poate reprezenta un punct care nu are suprafa , de exemplu, o cot topografic.Un punct este redat printr-o singur pereche de coordonate (x, y) într-un Sistem Cartezian.

Linia Linia este tr stura cartografic reprezentat printr-un ir de puncte (coordonate) conectate între ele.Linia are o singur dimensiune – lungimea. Liniile pot fi contururi de poligoane sau elemente dinnatur (drumuri, linii electrice) care sunt prea înguste pentru a putea fi reprezentate ca suprafee.O linie este redat printr-un ir de coordonate: x1, y1 ... xn, yn.În limbajul ARC/INFO, linia este denumit arc.

Aria poligonal Aria poligonal este spaiul bidimensional din interiorul unor limite care închid un areal omogen. Deexemplu: uniti administrative, parcele agricole, uniti de sol, lacuri, etc.Poligonul este delimitat de linii (arce) care se închid pe prima pereche de coordonate redat printr-o succesiune de linii, care sunt redate printr-o succesiune de puncte.Exist i alte entiti spaiale derivate:

Re eaua: este un set de linii interconectate care reprezint un singur obiect sau element spaial. De-alungul liniilor componente exist un flux de informa ii. De exemplu, reeaua cilor ferate, reeauahidrografic, etc.

Suprafa a tridimensional : entitatea spaial cu 3 dimensiuni, cea de a treia dimensiune nefiindneaprat geometric. Este o entitate continu, având în orice punct o valoare caracteristic,cantitativ sau calitativ, care poate fi imaginat ca o elevaie fa de planul original. Prin aceast suprafa tridimensional se pot reprezenta densitatea populaiei, producia agricol, temperaturamedie anual, etc.

Solidul : entitate cu 3 dimensiuni, care exprim volume. Reprezentarea în plan se face fie prin arii poligonale, fie pe suprafee. De exemplu, volumul unei mase de aer, volumul unui zcmântmineral, volumul de ap dintr-un lac de acumulare, etc.Toate aceste entiti spaiale: punctul, linia, poligonul (aria poligonal), reeaua, suprafaatridimensional i solidul constituie în SIG baza de date geometrice.Dar reprezentarea lumii reale doar cu ajutorul acestor entiti spaiale întâmpin o serie dedificulti, care se refer la: 1) caracterul dinamic al fenomenelor; 2) scara de reprezentare i 3)identificarea caracteristicilor discrete.

1) Lumea real fiind în continu transformare, se pun dou probleme pentru definirea entitilorunui SIG:

- modul în care se selecteaz tipurile de entiti spaiale pentru a furniza cea mai potrivit reprezentare a componentelor modelului – poi reprezenta o pdure sub form de areal sau de

puncte izolate (arbori);- evoluia în timp a entitii – copaci izolai evolueaz spre pdure continu.2) Scara de reprezentare e important pentru a alege tipul de reprezentare – pentru o schi 1:200,

copacii sunt puncte, pentru 1:200 000, acetia sunt o pdure reprezentat prin poligon. Un ora e


18/136

18

un punct la 1:1 000 000, un poligon la 1:200 000, o colec ie de poligoane, linii, puncte la 1:10000. În mod ideal, un SIG ar trebui s opereze cu orice scar , astfel încât transformareaentitilor s se fac automat la schimbarea scrii.

3) Alegerea incorect a entitilor pentru reprezentare face uneori imposibile operaiile cu funciile

necesare aplicaiei. Dac alegem o cldire ca un punct, nu se poate calcula suprafaa i nu se poate extrapola un poligon la micorarea scrii.

Topologia – structuri topologice

Topologia are în vedere caracteristicile geometrice ale obiectelor independent de sistemul decoordonate utilizat, deci este un procedeu matematic utilizat pentru definirea explicit a relaiilorspaiale dintre entiti. Aceste relaii sunt mai importante decât forma obiectelor. Astfel, ele serefer la poziia relativ a obiectelor: un apartament e într-un bloc, o coal este lâng parc, râulintersecteaz o osea, etc.În limbaj topologic, acestea sunt proprieti de includere, adiacen , conectivitate. SIG va puteaînelege noiuni ca: stânga, dreapta, inclus în, vecin cu, etc.

Proprietile topologice sunt principala diferen între SIG i CAD, care prezint i ele anumitefunciuni cartografice, dar care nu permit operaii de interogri i modelare de talia celor utilizate înSIG.Utilizând relaiile topologice între elementele grafice, acestea se leag în diferite moduri între ele, seraporteaz unul fa de altul i deci modeleaz mai corect lumea real. Se pot formula interogri degenul: Care este cel mai scurt drum între ... ? la care se poate r spunde corect dac a fost realizat topologia hr ii respective.

Noiunile utilizate de topologie sunt clasice. Conectivitatea este proprietatea unor obiectegeografice de a se conecta între ele: interseciile oselelor, a cilor ferate, etc. Incluziunea este

proprietatea unui obiect de a se regsi total în interiorul unui alt obiect: un pu în curtea unei persoane, un apartament într-un bloc, etc. Adiacena (sau vecintatea) este proprietatea unui obiect

de a fi adiacent (vecin) fa de altul.


19/136

19

Sistemele automatice de reprezentare a entitilor spaiale în modelele de date

Exist dou posibiliti de reprezentare grafic a entiti spaiale cu ajutorul calculatorului: raster ivector.Analogii:raster – tablou prin asamblarea unor piese de Legovector – ansamblu realizat din bare conectate la capete de tip Mecano.Existena acestor dou moduri de reprezentare se datoreaz factorilor tehnologici i economici careau influenat dezvoltarea graficii pe calculator.În anii ’50, tubul catodic era utilizat ca periferic sau mijloc de comunicare pentru informaia

procesat pe calculator. Aceast tehnologie era cunoscut ca unitate de reprezentare vizual – VisualDisplay Unit (VDU).Orice ecran este alctuit din pixeli – celule (picture elements). Pentru a forma o imagine, fiecrui

pixel i se atribuie o intensitate luminoas i o culoare, iar metodele prin care pixelilor li se atribuieaceste caracteristici duc la definirea termenilor de raster i vector.

În cazul graficii vectoriale, calculatorul indic în coordonate poziia precis pentru fasciculul deelectroni, iar intensitatea se regleaz în funcie de vizibilitatea dorit a punctului respectiv(osciloscopul din manualul de fizic). În grafica raster, fasciculul de electroni baleiaz permanentsuprafaa ecranului cunoscând atributele imaginii (intensitate i culoare) pentru fiecare pixel, pe

baza datelor furnizate de calculator (tubul catodic al televizorului).Acum nu mai exist aceast deosebire tehnologic, deoarece toate monitoarele funcioneaz înmodul raster, care este mai rapid i mai ieftin. Dar modurile diferite de reprezentare generate deaceste tehnologii s-au pstrat în grafica pe calculator.În sistemul raster, sunt utilizate celule individuale pentru a crearea imagini formate din puncte,linii, suprafee, reele sau S3D. Celulele sunt ataate unele de altele pentru a forma suprafee sausunt plasate într-un model (pattern) specific pentru a forma linii sau reele. Informaia pentru fiecare

celul trebuie reinut în memoria calculatorului.În sistemul vector, celula e înlocuit cu punctul, punctele sunt legate prin linii pentru a construisuprafee sau reele. Trebuie reinute doar informaiile referitoare la puncte liniile sau suprafeelefiind create de calculator prin algoritmi specifici. Are avantajul de a utiliza mai puin memorie

pentru stocarea informaiei.

Strat de date – data layer

Dac informaia e prea complex, este organizat în straturi distincte tematic, numite layer-e,refereniate în mod identic. Legtura lor primar este dat de poziia lor în spaiu. Calitatea i

puterea unui GIS const i în raportarea tuturor stratelor la o hart de baz.Stratele conin informaii asupra fiecrei entiti spaiale coninute în model:

- specific poziia geografic,

- relaiile spaiale,- atributele- eventualele informaii temporale.

Primele dou sunt informaii grafice, celelalte non-grafice. Datele non-grafice pot fi de natur cantitativ i/sau calitativ i pot conine erori datorate generalizrii. De obicei, datele grafice i celenon-grafice sunt separate din punct de vedere al sistemului de gestiune. Informaiile se leag prinidentificatori (chei de identificare).


20/136

20

Conceptul

Se construiesc straturi individualizate, care conin fiecare un anumit tip de date, prin folosireadiferitelor tipuri de entiti: S3D pentru relief, reeaua pentru hidrologie sau cile ferate, poligoane

pentru tipurile de sol, etc.Fiecare strat se stocheaz în memorie independent, raster sau vectorial. Apoi se pot utiliza separatsau împreun.

Modul vector :avantaj - permite utilizarea unui numr nelimitat de straturi care se pot suprapune.dezavantaj – imaginea devine mai neclar .

Modul raster :Dezavantaj: numai stratul de deasupra este vizibil.Exist i excepii: anumite produse GIS permit transformarea unor pixeli individuali în zonetransparente pentru a vizualiza stratul anterior.

Structura datelor spaiale

Prin structura datelor se înelege setul de instruciuni i formate necesare calculatorului pentru areconstitui modelul de date spaiale în form digital.O problem major a sistemelor o constituie dificultatea schimbului (transfer i compatibilitate) dedate spaiale. Schimbul de informaii între dou sisteme SIG poate avea loc doar dac structurile dedate utilizate pentru stocarea informaiilor sunt compatibile.Utilizatorul trebuie s poat decide între mai multe opiuni. Pentru a putea alege, trebuie s îneleag caracteristicile diferitelor tipuri de structuri.

Structuri pentru modelul rasterÎn modul raster, informaia geografic e stocat sub form de matrice uniform. Harta e codat pe

baza unei reele de celule (cu mrimi i forme identice).Pentru un strat dat, cantitatea de informaii spaiale crete dac crete numrul de celule (scarahr ii), dar crete i spaiul necesar pentru stocare în memoria calculatorului.Dac crete dimensiunea celulei, informaia devine tot mai general, dar are un avantaj: este nevoiede mai puin memorie.Dimensiunea celulei definete rezoluia spaial a modelului raster.


21/136

21

Fig. II. 3 - Reprezentarea aceleiai imagini prin grile raster cu diferite densiti.

În timpul procesului de rasterizare, spaiul e descompus cantitativ prin intermediul reelei. Harta cureprezentarea continu a realitii se schimb într-un set de informaii discrete.Fiecare celul descrie o arie real, dar informaia e generalizat în interiorul ei, având valoareconstant.Celulele pot fi rectangulare (ptrate), triunghiulare (triunghiuri echilaterale) sau hexagonale.


22/136

22

Re eaua hexagonal Avantaj – echidistana celulelor adiacente.Dezavantaj – imposibilitatea divizrii prin recuren sau agregrii celulelor în celule mai mari cuaceeai form.

- nu e disponibil pentru programe comerciale.Dimensiunea celulei se alege în funcie de urmtoarele cerine empirice: pentru reeaua rectangular

pentru entiti liniare, dimensiunea maxim a celulei este ½ MMU (Minimum Mapping Unit – unitcartografic minim) iar pentru poligoane e ¼ MMU.În general, pentru reprezentarea raster a datelor, se utilizeaz una din urmtoarele structuri,

prezentate în ordinea creterii complexitii.

Rasterul simpluInformaia e stocat pentru fiecare celul a imaginii. Informaia transmis calculatorului e foartesimpl: o entitate este sau nu prezent într-o anumit celul. Dac exist entiti care ocup doar

par ial o celul, exist dou posibiliti:• regula 50% - dac mai mult de 50% din suprafaa unei celule este ocupat de o entitate, atunci

aceast e prezent în acea celul i se consider c o ocup în totalitate.• regula prezenei sau absenei – dac o entitate e prezent în celul, oricât de puin, atunci e

prezent i ocup total celula.În reprezentarea pe calculator, se utilizeaz codul binar: celulele care conin o entitate sunt codate cu1, cele goale cu 0. Rezult o matrice care arat poziia i coninutul celulelor.Inconvenientul acestei structuri de date – cantitatea mare de informaii ce trebuie înregistrate pentrua reprezenta o hart.

Rasterul complexStructura datelor pentru rasterul complex – reduce volumul informaiei deoarece atribuie etichetecodate celulelor grilei se comunic calculatorului nu doar absena sau prezena entitii în celul,

ci îi identific i caracterul. Astfel, pot fi prezentate pe acelai strat mai multe tipuri de entitispaiale.

Compactarea datelor pentru sistemul rasterExist o problem destul de important în modelul raster: cantitatea mare de date stocate iniial. Este

posibil ca o hart complicat s aib nevoie de tot atâta spaiu de stocare cât i o schi mic. Atuncisunt necesare câteva tehnici de reducere a spaiului necesar pentru stocarea informaiilor:

Codificarea în linie (run length encoding)

Reduce informaia pentru fiecare linie a matricei raster, prin stocarea unei singure valori pentru unnumr de celule ce formeaz un grup de un anumit tip, precedat de cifra care descrie tipulrespectiv, în loc s stocheze informaia din fiecare celul separat.


23/136

23

Pentru un raster simplu:

rând 1 13,04,13rând 2 13,04,13rând 3 12,05,13

rând 4 11,05,12,02rând 5 13,02,12,03rând 6 13,02,11,04

În prima linie, cifra 1 arat prezena entitii3 – numrul de celule ocupate de aceast entitate, parcurgând linia de la stânga la dreapta.0 – absena entitii4 – numrul de celule neocupate, în continuare de la stânga la dreapta. a. m. d.Virgulele sunt introduse pentru simplificarea citiriiDac o valoare numeric utilizeaz 1 byte (8 bii de memorie), primul rând utilizeaz 6 byi în loc de

10 în varianta necodificat.Pentru un raster complex:

13,24,3313,24,3312,25,3311,25,32,4213,22,32,4313,22,31,44

Valorile 0 i 1 au fost înlocuite cu coduri 1 – 4 utilizate pentru identificarea celor 4 entiti diferite.

12

3

4


24/136

24

Codificarea în bloc (block encoding)Aceasta extinde codificarea în linie la dou dimensiuni, utilizând o serie de blocuri ptrate pentru astoca informaia privind suprafaele reprezentate pe hart.6 blocuri de date: 3 ptrate de 1 celul, 2 de 4 celule i 1 ptrat de 16 celule. 19 numere fa de 64 în raster simplu sau 43 în metoda codif în linie.

Structura datelor:Mrimea celulei Nr blocuri Perechea de coordonate coresp poziiei blocului1 3 3,4 4,4 6,24 2 5,4 5,616 1 1,8

Codificarea în lan (chain encoding)

E utilizat pentru definirea graniei unei entiti. Grania este succesiune de celule, pornind iîntorcându-se în acelai punct de origine. Tot ceea ce este în interiorul graniei – face parte dinentitate. Direcia de parcurs este dat de folosirea unui sistem de numerotare 0 – nord, 1 – est, 2 –sud, 3 – vest.

1,4 2,4 3,4 0,4 primul nr din fiecare pereche – direciaal doilea – nr de celule.


25/136

25

Metoda descompunerii în quadran i (quadtree)Avantajul grilei raster rectangulare – fiecare celul poate fi subdivizat în celule mici de aceeaiform i orientare se poate utiliza subdivizarea regulat a entitii spaiale.Descompunerea funcioneaz pe principiul divizrii prin recuren a celulelor în quadrani pân seatinge o definiie suficient pentru descrierea unei entiti spaiale sub forma unei grile-matrice.Procesul de divizare continu pân când fiecare celul din matrice poate fi caracterizat ca avândentitatea total prezent sau total absent. Numrul de diviziuni depinde de complexitatea stratului ide subdiviziunea acceptat ca definiie suficient pentru a reprezenta obiectul.

Imaginea original este alctuit din 4 quadrani, din care 2 sunt complet goi i nu vor mai fisubdivizai. Ceilali doi se divid în câte ali 4 quadrani. Rezult 6 quadrani ce nu conin entitatea, 3ce o conin i unul par ial. Acesta se redivide în 4: rezult 8 quadrani ce nu conin entitatea i 5 careconin entitatea în întregime.Exist quadrani de 3 dimensiuni: 1 celul, 4 celule i 16 celule, i deci exist 3 niveluri ierarhice.

Natura ierarhic a reprezentrii e dat de fig. urmtoare – imagine binar ramificat sau arbore

binar.

Se utilizeaz o anumit numerotare pentru a gsi i extrage informaia în reprezentarea ramificat.

R DCIN

0 1 2 3

00 01 02 03 30 31 32 33

030 031 032 033


26/136

26

Nivelul Entitate1 2 30 Prezent

00 Absent 01 Absent 02 Absent 03 Prezent

030 Absent 031 Absent 032 Absent

033 Prezent 1 Absent 2 Absent 3 Absent

30 Prezent 31 Absent 32 Prezent 33 Prezent


27/136

27

Structuri pentru modelul vectorialModelul vectorial – stocheaz informaia grafic sub forma unei secvene de puncte i segmente delegtur între acestea pentru a reprezenta puncte, linii i granie ale poligoanelor.Segmentele sunt direcionale (vectori) i între ele exist relaii de conexiune.

Entitatea punct poate fi:- un punct (definit prin set de coordonate);- un nod (început sau sfâr it de segment);- un vertex (un punct intermediar de pe un arc, în care o linie frânt îi schimb direcia).

Entitatea linie cuprinde:- segmente,- arce i- curbe conectate în noduri,- lanuri (linii sau arce complexe cu mai multe segmente)- inele (entiti închise, având cel puin 3 puncte necoliniare).

Entitatea suprafa – defalcat în:

- suprafee interioare (delimitate de inele, f r conturul lor)- poligoane (cu tot cu contur).Toate tipurile de entiti pot fi definite prin coordonatele lor.Mai sunt necesare informaii suplimentare ce se refer la relaia geografic între entiti denumit topologie. Aceasta arat modul în care entitile spaiale sunt legate între ele, aa cum am discutatanterior.

Structuri simple, f r topologieUn set de coordonate x i y.În fiier se adaug decriptorul pentru a cunoate ce reprezint fiecare set de date.

Desene pentru entiti spaiale

Dac avem dou poligoane vecine, se stocheaz fiecare. La reconstruirea imaginii se constat c zona de grani comun este stocat de dou ori, deci informaia e redundant.Dac avem râuri: se stocheaz fiecare separat. dar nu exist informaii despre conectarea lor. Vizualse observ dup desenarea imaginii, dar înainte nu. Aparena vizual a unei structuri f r topologie –spaghetti cartografic sau puncte unite.

Structuri de date cu topologiePunctul – cea mai simpl entitate spaial care poate fi reprezentat vectorial cu topologie complet.Pentru a fi corect topologic, adic pentru a-i stabili corect poziia în raport cu alte entiti spaiale,este necesar reperul sau referina geografic, prin atribuirea coordonatelor.Liniile – nu conin informaii explicite asupra conectivitii. Dac fac parte dintr-o reea, suprafa

sau 3D, necesit informaii topologice suplimentare – utilizarea indicatorilor care semnaleaz legturile în structura de date. Un astfel de indicator este nodul (punctul de început sau de sfâr it alunei linii, sau locul în care se întâlnesc cel puin 2 linii). Tipul de informaii necesare pentru aidentifica conexiunile într-o reea de linii:Un tabel cu fiecare nod i atribuirea sa la liniile existente:


28/136

28

Nodul LiniaA 1B 1, 2, 3C 2D 3, 4, 5E 4F 5

Un tabel pentru fiecare nod în parte, în care se prezint direcia fiecrei linii din care face parte: Nodul BLinia 1 900 Linia 2 300 Linia 3 2700

Transformarea unui set de linii într-o reea inteligent: Prima etap – identificarea punctelor de pornire, de capt i de intersecie. Nodurile – utilizate pentru înregistrarea informaia asupra conexiunilor, sensului i naturii fluxurilor de informaia înreea.

A doua etap – identificarea liniilor sau arcelor care se conecteaz în noduri – informaiareprezentat în tabelul asociat. Direcia este o caracteristic important a reelei.

Poligoane – topologia se construiete în mai multe etape, principiile fiind aceleai.Generarea unei re ele perimetralePas 1 - Identificarea segmentelor care se intersecteaz. În punctele de intersecii, se creeaz automatsegmente separat i se introduc noduri.

C

A

B

E

D

F

21

3

54


29/136

29

Pas 2 – Sortarea segmentelor pe baza coordonatelor (x,y) astfel încât segmente apropiate topologics fie stocate împreun în baza de date se mrete viteza de extragere a informaiei când suntcutate segmente adiacente.Pas 3 – se traseaz o grani exterioar a reelei, în care sunt incluse celelalte poligoane – util în

construirea topologia pentru reeaua de segmente.Pentru poligonul perimetral se stocheaz:• Un identificator unic• Un cod care îl identific drept poligon perimetral• Un indice al direciei de legare a segmentelor pentru formarea graniei• Lista segmentelor din poligonul perimetral• Limitele x i y ale poligonului

Construire noduri Identificare arce

ARC2 ARC3 ARC6

ARC5 ARC4

Poligon perimetralGenerare suprafee

ARC1

ARC3 ARC2

ARC1


30/136

30

Construirea topologiei pentru suprafeeConectarea segmentelor în poligon. Se construiete topologia pentru celelalte poligoane ca i

pentru poligonul perimetral, cu acelai sens de parcurs (trigonometric sau orar). La fiecare nod, se parcurge segmentul orientat spre dreapta. Segmentele se parcurg de cel mult 2 ori. Procesul continu pân se construiete topologia pentru toate poligoanele.Verificarea închiderii poligoanelor. Este esenial ca poligoanele s fie închise – se consult tabelulde segmente.Furnizarea unui identificator unic pentru fiecare poligon. Atribuirea unei etichete unice fiecrui

poligon – pentru a se permite ataarea unor atribute nespaiale sau pentru poziionarea reciproc alor.

Tabel noduriCod nod Început arc Sfâr it arc

N1 A2 (Perimetral i P2)

A6 (P1)

A1 (Perimetral i P1)

A6 (P2) N2 A6 (P2)A5 (P1)A4 (P3)

A6 (P1)A4 (P2)A5 (P3)

N3 A3 (Perimetral i P3)A4 (P2 i P3)

A2 (Perimetral i P2)A4 (P3)

N4 A1 (Perimetral i P1)A5 (P3)

A3 (Perimetral i P3)A5 (P1)

P1

P2P3

N2

N1

N4

N3

A1

A2

A3

A4

A5

A6


31/136

31

Tabel poligoane

Cod poligon Arce NoduriP1 A1/A6/A5 N4 N2 N4

P2 A2/A4/A6 N1 N3 N2P3 A4/A3/A5 N2 N3 N4Perimetral A1/A2/A3 N1 N3 N4

Tabel arceCod arc Nod început Nod sfâr it Poligon stânga Poligon dreaptaA1 N4 N1 Perimetral P1A2 N1 N3 Perimetral P2A3 N3 N4 Perimetral P3A4 N2 N3 P3 P2A5 N4 N2 P1 P3

A6 N1 N2 P1 P2Avantaje i dezavantaje ale sistemelor raster i vector:

Nu exist avantaje i nici dezavantaje absolute, ci doar caliti i lipsuri relative pentru descriereacondiiilor din lumea real. Aceste avantaje i dezavantaje trebuie apreciate în raport cu urmtoarelecategorii:. Volumul de date.Datele în sistem raster ocup un volum mai mare, dar asta nu este relevant, ci depinde decaracteristicile i complexitatea datelor ce trebuie stocate. Regul general: modelele raster necesit un volum iniial de stocare mai mare decât modelele vector, dar acestea au nevoie de mai mult memorie pentru procesarea informaiei.

2. Interogri topologice.Posibilitatea de a r spunde la întrebri de genul: Unde se gsete? Ce este alturi de? ... este de oimportan vital pentru utilizatori.Modelele vectoriale sunt mai potrivite pentru a rspunde la interogri topologice referitoare laconinere, adiacen, conectivitate.La modelele raster, prin utilizarea unor structuri raster mai inteligente (descompunere în quadrani)se pot efectua eficient dou interogri spaiale: se poate identifica cea mai apropiat entitate de un

punct dat i suprafaa în care e situat un punct.În concluzie, dac e nevoie de interogri topologice, se alege modelul vector.3. Gradul de generalitateUneori e nevoie de modificat scara i rezoluia tematic. Deci e nevoie de generalizarea entitilorspaiale. De exemplu, dizolvarea a 200 poligoane cu diferite tipuri de teren în numai 10 clase

generale.Din punct de vedere grafic – modelul vector modific scara cu mai mult uurin decât modelulraster, deoarece dac rezoluia necesar este sub dimensiunea celulei, schimbarea scrii pune

probleme în modelul raster.Dar generalizarea formei unei suprafee e mai simpl în mod raster, deoarece este necesar doarreclasificarea unor celule i regenerarea imaginii. În mod vector, sunt necesare multe calcule pentrua stabili interseciile i adiacena diferitelor poligoane cu atribute similare.4. Acuratee i precizie


32/136

32

Acuratee – fidelitatea cu care entitatea spaial este reprezentat în imaginea lumii reale,cuprinzând poziia (ac spaial) i caracteristicile (atributele) sale.Precizia – gradul de exactitate utilizat pentru înregistrarea poziiei i caracteristicilor entitiispaiale. Un SIG vectorial aloc 8 caractere zecimale preciziei fiecrei coordonate, altele chiar 16 –

superior acurateii unui SIG.Modelul vector – entitile spaiale vor fi mai precis reproduse decât în modelul raster în care punctele sunt celule, liniile sunt linii frânte i suprafeele au contur neregulat.Dar modelul vector nu are neaprat o acuratee mai mare în privina poziiei i caracteristicilorentitilor. Toate datele spaiale au o acuratee limitat – datorit caracterului subiectiv al achiziieidatelor.De asemenea, muli utilizatori SIG cred c e potrivit utilizarea zonei de tranziie din sistemul raster

pentru reprezentarea lumii reale, în care nu exist granie distincte între entiti sau fenomene.5. Capacitatea analitic.Problema va fi analizat ulterior.

Modelarea spaial Un model este o reprezentare idealizat sau simplificat a realitii – Haines-Young i Petch (1986).Un model poate fi reprezentat printr-o ipotez, o teorie, o relaie matematic sau o colecie deinformaii.În cadrul procesului de modelare spaial, datele geografice i informaiile despre relaiile spaialeîntre componentele lumii reale sunt utilizate pentru înelegerea i exprimarea problemei specifice.Clasificrile modelelor utilizate în modelarea spaial:1. Dup complexitate:

- simple (determinarea celui mai scurt traseu)- complexe (descrierea atmosferei pentru prognozarea timpului probabil).

2. Dup modul su de a reaciona la problemele ridicate:

- modelul pasiv - automatizarea procesului existent f r a aduga nimic nou. Îndeplinetefuncii de inventariere.- modelul reactiv – entitile spaiale i informaiile sunt procesate în scopul analizei, al

gsirii soluiilor sau al identificrii cilor de perfecionare a modelului.O calitate este caracterul dinamic. Prin utilizarea modelelor se acumuleaz informaie, iar acestea seadapteaz, deci este aplicaie dinamic, supus schimbrii i îmbuntirii.

Modelarea suprafeelor tridimensionale

Numite fie MDE – Model Digital de Elevaie, fie MDT – Model Digital de Teren, sunt utilizate pentru seturi de date digitale folosite la modelarea unor suprafee topografice tridimensionale. Înfiecare punct, conin informaii asupra elevaiei.Prin aceast metod, o suprafa continu este modelat utilizând un numr finit de observaii.

Rezoluia unui MDE este determinat de frecvena observaiilor utilizate. Suportul este o reprezentareraster sau vector a unui set de puncte de observare.Pentru fiecare punct trebuie cunoscute coordonatele planare i se înregistreaz valorile elevaiei z.Valoarea z - atributul suprafeei plane de obicei înlimea, dar i orice alt atribut observat care secaracterizeaz printr-o suprafa continu – nivelul polurii, umiditatea solului, grosimea stratului dez pad.


33/136

33

Surse de date pentru construirea MDE

Transformarea curbelor de nivel:Pas 1 – înregistrarea digital a informaia – prin scanare i digitizare.

Pas 2 – etichetarea reelei de puncte sau celule cu o valoare potrivit a elevaiei.Pas 3 – interpolarea cu o reea regulat de puncte sau celule, pe baza valorilor citite de pe curbele denivel ale planului iniial.

Utilizarea fotografiilor aerienePrincipial, stereoploterul indic elevaia (cota) unui anumit punct al imaginii stereofotograf, înmomentul în care, prin reglare, cele dou imagini ce alctuiesc stereofotografia se suprapun perfect.Cota nu poate fi determinat acolo unde terenul e acoperit cu construcii sau vegetaie deas.

Metode automateScanri ale bornelor aeriene (tehnici radar ce permit determinarea înlimii unui avion deasupra

pm)

Utilizarea sateliilor de poziionare global GPS – Global Positioning System (stabilirea locaieiunui punct de pe suprafaa terestr fa de un sistem de referin cunoscut).

Modele de date spaiale pentru MDESe utilizeaz modele raster i modele vector.Este important densitatea grilei de citire a datelor. Cu cât e mai fin – cu atât caracteristicileterenului sunt mai bine reprezentate, dar necesit prea mult memorie.Modelul raster

Coloan 1 2 3 4 5 6

1 3 4 8 16 20 282 4 5 7 15 20 30

3 7 7 10 19 24 274 9 9 18 33 22 285 11 14 25 23 19 16

R â n d

6 15 19 14 13 14 14

Modele vectorCel mai utilizat model este reeaua de triangulaie neregulat TIN (Traingulated Irregular Network)

– model conceput în anii ’70, ca mijloc de a construi o suprafa pornind de la un set de punctecunoscute (util în special pentru distribuii neuniforme în plan). Punctele cunoscute sunt conectate

prin linii – o serie de triunghiuri, definite prin trei muchii, fiecare muchie este limitat de 2intersecii. Deoarece valoarea în fiecare nod este cunoscut iar distana poate fi calculat, se poate

utiliza o ecuaie liniar simpl pentru a interpola o valoare în interiorul limitelor unui model.Construirea reelei neregulate de triangulaieO astfel de reea e cu atât mai corect cu cât triunghiurile ce o compun sunt mai puin aplatizate.Ordonarea distanelor. Se calculeaz diferena de cot între toate perechile de puncte i se sorteaz începând de la cele mai mici. Se conecteaz perechile cele mai apropiate, apoi perechile cu diferen de cot din ce în ce mai mari, cu condiia ca liniile rezultante s nu intersecteze linii deja existente.Dezavantaj – uneori triunghiurile sunt aplatizate.


34/136

34

Triunghiurile Delaunay. Trei puncte formeaz colurile unui triunghi Delaunay numai dac cerculcircumscris nu conine alte puncte. Inconvenientul este c nu pot fi formate triunghi mai mari i decinu se poate crea o reea ierarhic.

Stocarea reele de triangulaie

Se pot stoca triunghi cu triunghi ca serie de poligoane cu atribute asociate i se atribuie un numr dereferin pentru fiecare triunghi + coordonatele (x,y,z) pentru fiecare intersecie. Sunt reinutenumerele de referin ale triunghiurilor adiacente.sau ca o serie de puncte cu vecintile lor – se atribuie un numr de identificare pentru fiecareintersecie, asociat cu coordonatele (x,y,z). Sunt reinute împreun cu punctele (interseciile) vecine, parcurse în sens trigonometric sau orar.Avantajul const în eficiena stocrii, un numr minim de puncte pentru reproducerea suprafeei.Calculele sunt simple, fiind vorba de triunghiuri ale cror coordonatele ale vârfurilor sunt cunoscute.

Tendine de dezvoltareDeocamdat, modelele sunt bidimensionale, mai rar cele tridimensionale, care sunt cazuri speciale.Dar evoluia componentelor hardware fiind foarte rapid, se vor dezvolta produsele soft comercialecare vor cuprinde modelarea, structurarea datelor i construirea topologia pentru modeleletridimensionale.Un parametru important care lipsete din modelarea spaial este timpul. Timpul real necesar pentruconstruirea i utilizarea unui model impune restricii referitoare la:Posibilitatea ca pentru un interval de timp s poat coexista mai multe variante ale bazei de date,datorit accesului simultan a mai multor utilizatoriIntervalul de timp pentru care baza de date poate fi considerat corect.

Stadiile modelrii spaiale3 “dimensiuni” ale realitii:

- dimensiunea spaial – poziia unei anumite entiti- dimensiunea tematic – caracteristicile poziiei sau entitii care ocup poziia respectiv - dimensiunea temporal – dac exist o succesiune a informaiilor în timp.

Achiziia de date – prin proces îndelungat de observaii i msur tori.Datele geografice – mai complexe decât alte tipuri pentru c trebuie s conin informaii referitoarela poziia, atributele i conexiunile între obiecte înregistrate.Everest (87) – datele sunt fapte reprezentate prin valori, cifre i litere sau simboluri ce poart oanumit semnificaie într-un anumit context


35/136

35

CURS III

1. Modele geografice ale lumii reale

1.1 Harta

Harta – cea mai veche reprezentare bidimensional (în plan), a informaiilor spaiale.Prin hr i se redau distribuia spaial a tr sturilor suprafeei Pmântului, a topografiei sau aaltor componente ale spaiului. Hr ile clasice sunt obiecte din hârtie sau plastic, dar aceast noiune a fost modernizat, realizându-se harta digital.Pentru a înelege harta digital, ne intereseaz tehnica prin care o hart prezint elemente alelumii reale pe o suprafa bidimensional.Cea mai simpl hart – o schi întocmit pentru orientare. Este o abstractizare, o simplificare arealitii - sunt prezentate doar anumite tr sturi ale realitii i cu un anumit grad de aproximare.Eficacitatea sa depinde de pregtirea utilizatorului: dac acesta tie s citeasc, cunoate câtevasimboluri, e suficient de familiarizat cu zona pentru a se orienta. Autorul presupune c schia vafi utilizat doar în acest scop.

Exist deci dou cerine importante ale aplicaiilor practice SIG:- presupunerea cunotinelor- utilizarea potrivit a modelelor spaiale.Hr ile pot fi topografice (cu scop general) sau tematice (care conin informaiile despre unsingur subiect sau o singur tem). O astfel de hart reprezint distribuia spaial a unui singurobiect sau fenomen geografic sub form de izolinii sau regiuni cartografice.Izoliniile unesc puncte de valori egale ale fenomenului reprezentat. Aproximeaz continuitateafenomenului oferind o imagine în trepte a tr sturilor sale spaiale. Pentru a cunoate caractfenomenului în por iunile cuprinse între izolinii, se efectueaz interpolri. Modelele Digitale deElevaie ofer o reprezentare continu a obiectului sau fenomenului analizat.Regiunile cartografice sunt un alt mod de reprezentare a tr sturilor spaiale ale elementelor sau

fenomenului geografic. O regiune este un set de pixeli, suprafee sau poligoane descrise printr-unsingur simbol.Regiunea:- determinat de câteva ocurene areale discrete – regiunea disjunct,- poate conine poligoane care apar in unor regiuni de alt tip – regiunea perforat - poate fi uniform.În primele dou cazuri e vorba de un singur atribut, în ultimul de mai multe atribute.

1.2 Macheta

Macheta utilizeaz a treia dimensiune pentru reprezentarea entitilor lumii reale. Se apropie maimult de realitate decât reprezentarea plan, dar lipsa unui nr mare de detalii face ca i macheta s constituie doar o reprezentare trunchiat a realitii.Aici se observ a o alt calitate a unui model: abilitatea de a stimula imaginaia.

1.3 Fotografia aerian

Aceasta form de prezentare a suprafeei Pmântului este o surs obinuit de achiziionare adatelor pentru GIS, dei are o vechime mult mai mic decât a modurilor prezentate anterior,deoarece imaginea este mai sugestiv în prezentarea graniei între entiti. Limita în fotografie eneclar , prin modificarea treptat a culorii sau a tonurilor.

2. Surse de date

Sistemele informatice geografice sunt reprezentri digitale ale structurilor sau proceselor


36/136

36

observate în lumea real. Este esenial, pentru o reprezentare cât mai corect i mai conform curealitatea, ca datele iniiale culese de aceste sisteme s fie cât mai precise, reale i accesibile. Dinacest motiv, este necesar s se evalueze de la bun început sursele de date care fi utilizate înmodel.Datele geografice sunt baza modelelor realizate de SIG, cci atât dezvoltarea sistemelor de calculcât i diversificarea procedurilor de analiz i management sunt determinate de tipul i cantitatea

datelor.Primul pas înainte de a achiziiona datele este identificarea surselor de date. Acest lucru se poaterealiza prin verificarea metadatelor (date despre date) sau a structurilor na ionale de date.

2.1 Verificarea metadatelor

Metadate – date despre coninutul, calitatea, condiiile i alte caracteristici ale datelor.Principiul de funcionare a metadatelor este cutarea secvenelor. Exist 2 soluii:- un sistem de codificare riguroas legat la un dicionar de termeni;- legarea bazei de date la un dicionar de sinonime.Crearea i întreinerea unei metadate care:- s faciliteze un acces rapid- s ofere posibiliti de cutare multicriterial - s r spund necesitilor tuturor posibililor utilizatorieste o problem complex. Soluia este reeaua de calculatoare.Avantaje – descentralizarea informaiei i acces rapidDezavantaje: - discrepane în definirea termenilor;- diferene în protocolul de cutare;- formate de stocare diferite;- incompatibiliti hardware i software.În proiectarea unei metadate, ideea principal este de a construi sisteme care s permit introducerea sau extragerea datelor cu uurin.Principalele grupe de informaii coninute într-o metadat:- informaii despre deintorii datelor (nume, adres, specific)- informaii despre sursa de date (titlu i tip)- descrierea fiecrui element din bazele de date ale deintorilor (categorii i tipuri de date,

calitatea datelor, gradul de completare, forma de stocare, scar i rezoluie de reprezentare,sisteme de proiecie, posibiliti de transfer, nivel de actualizare, unitate de msur , etc.).

În ultimul timp, s-au realizat progrese semnificative în tehnici World Wide Web, dezvoltându-semetadatele on-line.

2.2 Verificarea infrastructurilor naionale de date

Aceste infrastructuri sunt mari depozite de date care includ materiale, tehnologii i personal, învederea achiziionrii, procesrii, stocrii i distribuiei datelor spaiale.Aceast metod este adaptat în 20 ri datorit:

- creterii exponeniale a utilizrii SIG- creterii i produciei de date spaiale,- cerinelor de utilizare în comun a datelor în proiectele internaionale- faptului c este o metod de meninere sau inducere de competitivitate economic la nivel

regional sau naional.

3. Sursele de date pentru Sistemul Informatic Geografic

Dup ce au fost localizate sursele poteniale de date, trebuie stabilit care surs este mai potrivit pentru aplicaie, mai accesibil ca pre i disponibil pentru dumneavoastr . Principalele surse dedate geografice pentru un Sistem Informatic Geografic sunt:


37/136

37

- hr ile – care sunt o colecie de date spaiale;- datele obinute prin fotogrammetrie sau teledetecie;- datele din bazele de date deja existente;- datele obinute din msur tori (mai ales GPS).

3.1 Harta

Este instrumentul tradiional de lucru pentru utilizatorii de date geograficeAvantajele hr ilor:- sunt mai uor de procurat- sunt disponibile la diferite scri- exist multe hr i tematice care prezint diferite fenomene spaiale- ofer perspectiv istoric - au standarde de reprezentare bine stabilite- datele sunt prezentate într-un sistem de referin geodezicDezavantajele hr ilor:- au scri diferite (spaiale sau temporale) – scara influeneaz cantitatea i calitatea datelor- sunt o reprezentare generalizat a realitii – nu ofer o imagine exact a lumii reale- sunt o reprezentare simplificat – prezint doar o selecie de caracteristici într-un mod

simbolic- conin erori i distorsiuni introduse în procesul de cartografiere- au sisteme de proiecie sau sisteme de coordonate diferite- au coninut diferit i simboluri de reprezentare diferite- prezint o uzur moral rapid, deoarece procesul de cartografiere este costisitor i

consumator de timp- sunt asemntoare unor documente – datele trebuie capturate i transformate în form

digital - sunt supuse restricionrii legii dreptului de autor

3.2 Teledetecia

Teledetecia este tiina i arta de obinere a informaii despre un obiect, arie sau fenomen, prinanalizarea date hr ilor culese cu ajutorul unui instrument ce nu este în contact direct cu obiectul,aria sau fenomenul analizat.Ochii sunt un exemplu potrivit pentru a înelege mecanismul de teledetecie, deoarece culeginformaii din mediul înconjur tor despre obiectele care reflect sau emit energie luminoas.Exist situaii în care energia luminoas e insuficient reflectat sau emis pentru a percepe uneleobiecte din mediul înconjur tor. Atunci nivelul radiaiei electromagnetice nu poate fi perceput deochiul uman.Au fost create aparate ce permit înregistrarea nivelului energetic pentru diverse benzi spectrale.Clasificarea surselor în funcie de datele captate:- aerofotograme

- date satelitare.În plus, mai exist i:- sonar (sound navigation and ranging),- laser (light amplification by stimulated emmission of radiation)- metode astronomice.

3.3 Aerofotograme

Fotografiile se realizeaz la altitudini între 200 i 5000 m. În funcie de aparat, aerofotogramelesunt furnizate în format mare (23 cm/23 cm) sau mic (35 mm/35 mm sau 70 mm/70 mm). Pentrua avea o ridicare de calitate a zonei respective, aerofotogramele trebuie s se suprapun în propor ie de 60% longitudinal (pe direcia de zbor) i 20% transversal.


38/136

38

Caracteristicile aerofotogramelor:- Lungimea de und – spectrul vizibil i infrarou;- Scara (rezoluia): :5 000 – :50 000;- Culoarea – alb-negru sau color;- Conin distorsiuni i deplasri ce trebuiesc corectate

3.4 Date satelitare

Datele respective sunt culese direct în format digital de ctre satelii în diferite benzi spectrale iapoi sunt trimise la sol la anumite intervale de timp. Practic, satelitul emite radia iielectromagnetice de o anumit lungime de und, care sunt reflectate, absorbite sau transmise dectre suprafaa de pe Pmânt – suprafaa solului, înveliul vegetal, suprafaa cldirilor, etc.Datele reprezint deci matrici care conin valori ale nivelului radiaiilor electromagneticemsurate prin scanare în zona de studiu. Fiecare valoare reprezint rspunsul spectral sausemntura electromagnetic a celulei din caroiajul în care a fost împr it zona de studiu.În funcie de acest r spuns, prin procesarea datelor se obin imagini. În funcie de lungimea deund prin care se propag energia reflectat, fiecare element scanat are o “semntur ” propriecare permite înlocuirea valorilor din matricea iniial transmis de satelit cu culori, astfel încâtimaginile satelitare s arate ca i aerofotogramele.Structura acestor date este de tip raster.Dou caracteristici difereniaz acest tip de date:- rezoluia spaial – dimensiunea celei mai mici celule din zona scanat - rezoluia spectral – dat de numrul i limea benzilor spectrale utilizate de satelii.Exemple de satelii utilizai în SIG:LANDSAT – operat de compania EOSAT (Earth Observation Satellite Company) – 2 scanere:MSS (Multi-Spectral Scanner) care opereaz în 4 benzi spectrale, 80 m rezoluie spaial i TM(Thematic Mapper) 7 benzi spectrale cu o rezoluie spaial de 30 m. Imagini color i an.SPOT – Centrul Naional de Studii Spaiale, Agenia Spaial din Frana, colecteaz datele prin2 senzori de tip HRV (High Resolution Visible) în 3 benzi spectrale cu o rezolu ie spaial de 20m pentru imagini fals color i 0 m pentru imagini alb negru.Resurs-R (Rusia), IRS (India), RADARSAT (Canada) ADEOS (colab americano-nipon),NOOA (sistem intern).

Etape în procesarea imaginilor:

- Rectificare i corectare (eliminarea efectelor de curbur a Pmântului, interfereneradiometrice, influene atmosferice)

- Procesare propriu-zis (mrirea contrastului, filtrarea imaginii)- Clasificarea imaginii, supervizat (set predeterminat de categorii obinute din analiza

lungimilor de und selectate pentru construirea suprafeelor) sau nesupervizat (grupareaautomat a claselor de acoperire cu valori digitale similare).

Avantajele i dezavantajele utilizrii datelor satelitare:

- conin un volum mare de d

Documents

Sisteme Inf Geogr TURISM[1]