Лекция 3. Картографические и геоинформационные структуры данных

Геоинформационные системы

Структуры компьютерных файлов Упорядоченные

файлы Среднее время

поиска – log2 (n+1) tв = 1 c. n=200 000

tср = 5 ч.

Неупорядоченные файлы

Среднее время поиска – (n+1)/2

tв = 1 c. n=200 000

tср = 28 ч.

2

3

Индексация

Свойства

Номерквадрата

Уклон Износ Состояние

1 8 14 Хорошее

2 27 35 Плохое

3 5 5 Отличное

4 10 20 Посредственное

5 18 15 Плохое

6 7 10 Хорошее

Состояние Номер квадрата

Плохое 2, 5

Посредственное 4

Хорошее 1, 6

Отличное 3

4

Растровая модель данных

Растровое изображение покрывается сеткой (покрытие)

Каждая ячейка сетки имеет атрибут отдельной темы

Данные о теме хранятся в виде двумерного массива

Для каждого типа тематических данных используется отдельное покрытие

5

Хранение и адресация растра(модель GRID/LUNR/MAGI)

Данные хранятся в виде трехмерного массива

Третье измерение – значения по темам

(+) Простота сравнения смежных ячеек разных покрытий

(-) Сложность сравнения групп ячеек с разных покрытий

6

Хранение и адресация растра(модель IMGRID)

Покрытие расщепляется в набор слоёв

Слой – двумерный массив с бинарными значениями

(+) Простота машинного представления

(-) Взрывной рост данных

X

7

Хранение и адресация растра(модель MAP)

8

Методы сжатия растровых данных

Групповое кодирование Блочное кодирование Цепочечное кодирование Квадродерево

9

Групповое кодирование

Обычный порядок Boustrophedon

10

Цепочечное кодирование

Задаются координаты и значение верхнего левого угла области

Задается направление движения и количество точек перемещения для двух направлений

По каждому направлению выполняется движение по цепочке (пара: направление, количество точек перемещения) пока область не замкнется

11

Цепочечное кодирование: пример

12

Блочное кодирование

13

Блочное кодирование: пример

14

Квадродерево

15

Достоинства и недостатки растровых моделей (+) Быстрота формализации (+) Удобство представления в машинно-

читаемом формате (+) Автоматизированное обновление

геоданных в реальном времени (-) Значительный объем файлов

16

Программные продукты

Использующие растровые изображения в качестве подложки MapInfo, ArcView, GeoGraph, GeoDraw, Atlas GIS

Системы обработки и растрового анализа Аэро, космо аппараты

Пакеты растрового анализа EPPL7, GRASS

Продвинутые пакеты растрово/векторного анализа ILWIS, IDRISI

17

Векторные модели данных

Модель спагетти Топологическая модель Модель кодирования цепочек векторов

18

Модель спагетти

Бумажная карта

Цифровая карта

19

Топологические модели

Таблица узлов

Номер дуги

X Y

1 19 6

2 15 15

3 27 13

4 24 19

5 6 24

6 20 28

7 22 36

Таблица областей

Номер области

Список дуг

1 1,4,3

2 2,3,5

3 5,6,7,8

4 8,9,10

5 7,11,9

Таблица дуг

Номер дуги

Правый полигон

Левый полигон

Нач. узел

Кон. узел

1 1 0 3 1

2 2 0 4 3

3 2 1 3 2

4 1 0 1 2

5 3 2 4 2

6 3 0 2 5

7 5 3 5 6

8 4 3 6 4

9 5 4 7 6

10 4 0 7 4

11 0 5 5 7

20

Модель GBF/DIME

Создана для бюро переписи США

Дуги имеют направления и стороны

21

Модель TIGER

Линии Координаты

ОбластиТочки

Topological Data Models: POLYVRT

23

Сжатие векторных данных

24

Представление поверхностей

Растровая цифровая модель Нерегулярная

триангуляционная сеть Изолинии

x

y

z

25

Растровая модель

Числовой массив высот, сопоставляющий некоторую высоту z некоторой точке (x,y)

Два метода расчета высоты между соседними точками

Аппроксимация высоты соседними точками

Поверхность карты – набор прямоугольников постоянной высоты

26

Нерегулярная триангуляционная сеть (TIN)

27

Хранение TIN

Пример TIN

29

Изолинии

Водораздел

Долина Вершина холма

30

Хранение данных векторных ГИС

31

Гибридные системы

ARC/INFO INTERGRAPH GEOVISION SPANS

32

Хранение векторных данных

Покрытия (1981 г.): Набор файлов на диске Проприетарный формат ArcInfo

Shapefile (1993 г.): 3 файла (*.shp содержит координаты, *.shx

индекс по объектам, *.dbf атрибутивная информация в формате реляционной БД

Опубликован, открытый формат Геоинформационная БД

Хранит все слои в mdb-файле (как Access) Проприетарный (next generation)

33

Интегрированные системы

34

Объектно-ориентированная модель данных

35

Растр и атрибутивные данные

36

Oracle Spatial & Location Technologies Locator

хранение векторных данных и управление ими, индексирование, пространственный анализ взаимосвязей, поддержка систем координат

Spatial MapViewer Network Manager Topology Manager Geo Raster GeoCoder

37

38

PostGIS

- расширение свободной объектно-реляционной СУБД PostgreSQL для хранения геометрической и атрибутивной информации

Распространяется под лицензией GPL используется SQL совместно с

пространственными операторами и функциями

Поддерживается большинством ГИС-систем (коммерческих и свободных)

39

MySQL/Spatial

Скорость и простота управления Неполная поддержка SQL MyISAM: нет транзакций, не ACID InnoDB: есть транзакции, нельзя

использовать пространственные индексы Поддержка большинства пространственных

операций Коммерческая, открытый исходный код

40

SQLite/SpatiaLite

- расширение встраиваемой СУБД SQLite Загрузка, хранение и управление

пространственными данными Поддержка пространственных индексов Поддержка не всех пространственных

операций

41

MS SQL Server 2008

Конкурент PostGIS Работает только под Windows Поддержка геодезических данных Поддержка всех пространственных

операций Бесплатные Express-версии

42

ArcSDE

- серверное программное обеспечение для организации хранения и управления пространственными данными в СУБД

Поддерживает Oracle , Microsoft SQL Server , IBM DB 2, IBM Informix , PostgreSQL

Полностью совместим со стандартами OGC $15,000 за минимальный комплект

43

Стандарт OpenGIS

Типы и структуры геоданныхФункции управления геоданнымиПроцедуры проверки целостности

44

OGC SQL: типы объектов

POINT(0,0) LINESTRING(0 0, 1 1, 2 3) POLYGON((0 0, 1 1, 2 3, 0 0),(1 1, 2 2, 3 3, 1,1)) MULTIPOINT(0 0, 1 1) MULTILINESTRING() MULTIPOLYGON() GEOMETRYCOLLECTION(POINT, LINESTRING())

Два вида хранения объектов: WKT – Well-Known Text WKB – Well-Known Binary

45

Spatial SQL: иерархия типов

46

Таблица SPATIAL_REF_SYS

Определяет систему координат объектов базы данных

srtext

47

Таблица GEOMETRY_COLUMNS

Хранит информацию о нахождении геоинформационных данных в таблицах БД

48

Создание геоинформационной таблицы Геоинформационная

таблица – реляционная таблица с некоторыми атрибутами, содержащими геоданные

49

Spatial SQL: запросы

Площадь города в гектарах:

Суммарная длина дорог: в каждой области

50

Spatial SQL: запросы

Поместить в отдельную таблицу все дороги заданного города:

51

Spatial SQL: функции

Управления AddGeometryColumn(), DropGeometryColumn(),

Probe_Geometry_Columns() Сравнения

ST_Distance(), ST_Dwithin(), ST_Equals(), ST_Intersect(), ST_Contains()

Обработки фигур ST_Centroid(), ST_Area(), ST_Length(), ST_Union()

Преобразований ST_AsText(), ST_AsBinary(), ST_SRID(), ST_Dimension()

52

Импорт/экспорт данных