|
21. Fejezet - A RASZTER-VEKTOR ELLENTÉT
Szerkesztette: Charles Parson, Bemidji State University
Magyar változat: Végső Ferenc, Erdészeti és Faipari Egyetem, Székesfehérvár
a. BEVEZETÉS
Raszter vagy vektor
Alapkérdések
B. A KOORDINáTáK PONTOSSáGA
A raszter pontossága
A koordináták helye a raszterben
A vektor pontossága
Adatpontosság
C. A SZáMíTáS SEBESSÉGE
d. TÖMEGTáROLáS
Raszteres tárolás
Vektoros tárolás
E. A JELENSÉGEK JELLEMZőI
Raszteres mintavétel
Vektoros mintavétel
Tulajdonságok, egyedek és objektumok
F. ÖSSZEFOGLALáS
A raszter és a vektor kombinációja
IRODALOM
ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK
Megjegyzés
Ezt a fejezetet a "raszter vagy vektor?" kérdésnek szenteljük. Megpróbáljuk kiemelni a két rendszer fontosságát és értékeit a sajátos műszaki szempontok összehasonlításával.
21. Fejezet - A RASZTER-VEKTOR ELLENTÉT
Szerkesztette: Charles Parson, Bemidji State University
Magyar változat: Végső Ferenc, Erdészeti és Faipari Egyetem, Székesfehérvár
A. BEVEZETÉS
Raszter vagy vektor
- a 4. Fejezetben ismertettük a raszter és a vektor meghatározását
- az érvek, hogy melyik a jobb, elhalványultak, mióta az első rendszereket megalkották
- a raszter adatbázisok szimpatikusak
- egyszerű a szerkezetük
- sok műveletnél gyorsak, pl. fedésbe hozás (átlapolás), övezetképzés
- különösen népszerűek a távérzékelésben, ahol a képpontonkénti feldolgozást használják
- másrészt sok esetben, a raszteres megközelítést választva, túl sok áldozatot kell hozni a részletesség miatt
- a térképészek megrémültek a területek határának durva rajzolatától, amit az okoz, hogy a finom vonalakat a rács celláinak szögletes élei helyettesítik
- a földmérők idegenkedtek a "pontatlanságtól", ami akkor következik be, ha egyeneseket vagy pontokat cellákkal jelenítünk meg
- azokban az esetekben, amikor a raszteres ábrázolás túl sok részletet kíván
- ugyanakkor a számítási idő a vektor alapú információk fedésbe hozásánál nagy lehet
- a korábbi poligon fedési rutinok lassúak és hibára hajlamosak voltak
- ma már néhány esetben egyértelműen tisztázódott, hogy melyik megközelítés a hasznosabb
- pl. az ún. ellenállás (friction) rétegtől függően változó szélességű övezetek képzésénél a raszter az egyetlen megoldás
- pl. a láthatóságot megállapító algoritmusok számára előnyösebb a magassági rács (raszter terepmodell), mint a digitalizált szintvonalak
- ugyanakkor pl. a földmérési adatokat csak precíz vonalakkal lehet ábrázolni
- egy fontos mai irányzat a két rendszer összekapcsolása, vektoros adatok ábrázolása raszteres háttér előtt
- a raszteres adatok származhatnak GIS fájlból (mint a távérzékelt kép) vagy letapogatott képből
- fentiek miatt a "Melyik a jobb?" kérdés átalakult a "Milyen esetekben melyik a jobb, és hogyan tudjuk kihasználni a rugalmasságukat a különböző esetekben?" kérdéssé
Alapkérdések
- négy kérdésről kell beszélni a raszter-vektor vitában
- a koordináták pontossága
- az elemzési eljárás sebessége
- tárolási szükségletek
- a jelenségek jellemzői
B. A KOORDINáTáK PONTOSSáGA
A raszter pontossága
- pl. MLMIS (Minnesota Land Management Information System, lásd 9. Fejezet)
- a korábbi változatok 40 acre területű cellákat használtak
- függés a derékszögű polgári felmérési rendszertől
- a rendszer teljesen négyzetes városrészeket "hozott létre", amelyek minden oldala pontosan egy mérföld hosszú volt
- az eredeti felmérési vonalakat csak akkor különítették el, ha ferdeségük meghaladta a mérföld nyolcad részét
- a helyi pontosságot a cellaméret határozta meg - 40 acre, vagy 1/4 mérföld minden oldalon
- minden vonalas elemet 1/4 mérföld széles sáv jelenített meg
- a pontszerű elemek 40 acre területet "foglaltak" el a térképen
- az 1:250.000-nél kisebb méretarányoknál a fenti feltételek elfogadhatóak voltak
- az egész államra kiterjedő tervezés céljára ez az adatbázis megfelelő volt
- a kisebb cellák használatáról
- öt méteresnek megfelelő cellákat tapogattak le a rendszer számára
- ezt azon az alapon döntötték el, hogy a legfinobb (#00) tusvonal a 1: 24.000-es térképen 5 m a valóságban
- ezért nem lehetséges az 5 m-nél kisebb objektumok ábrázolása
- pl. tűzcsapok, csapadéknyelők, villanyoszlopok
- ez a pontosság nem elég a közmű üzemeltetőknek
- másfelől öt méternél a legtöbb természeti jelenség nem szenved észrevehető információveszteséget, sok megjelenik ennél a méretaránynál, vagy ennél kisebb méretarányban
A koordináta helye a raszterben
- sok esetben nem világos, hogy a cella közepe vagy valamelyik sarka a koordináta vonatkozási pontja
- pl. a rács bal felső pontja jelentheti az adott UTM koordináta helyét, de nem világos, hogy ez a bal felső cella közepe, vagy a bal felső sarka
- a helyi pontosság ezért a cella szélességének és magasságának fele
A vektor pontossága
- minden elképzelhető pontosságot alkalmazhatunk
- a pontosságot csak a belső számábrázolás módja korlátozza
- rendszerint 8 vagy 16 jegyű tizedes törtet használnak ("egyszeres" vagy "dupla" pontosság)
- ez a pontosság a vizsgált terület 1/108 vagy 1/1016-od részének felel meg
- az ennek megfelelő raszter pontosság 108 * 108 vagy 1016 * 1016 cella lenne, de egyik sem lehetséges, még adathossz szerinti kódolás mellett sem
- emellett ez az érv mesterkéltnek hathat
- a valódi vektoros pontosság lehet sokkal rosszabb is, mint egy vonal szélessége
- pl. az 1: 24 000-es térkép lehetővé teszi 2 m-re lévő pontok digitalizálását, bár a térkép átlagos helyzeti hibája 12 m
Adatpontosság
- a vektor pontosság csak az adatok egy csoportjára érvényes
- terepi felméréssel nyert koordináták (COGO)
- fémbetétes (üveg) térképek, amelyeket terepi koordinátákból szerkesztettek
- precíz felmérésekből származó közigazgatási határok
- néhány természetes objektumnak valós határa van, amelyet matematikai pontosággal ábrázolhatunk
- a talajoknak, növénytípusoknak, a vadak életterének egyaránt elmosódott határa van
- attól függően, hogy milyen módszerrel rögzítettük azt,
- amiatt, mert a fenti jelenségeknek változó természete van
- leszögezhetjük, hogy a vektoros rendszerekből származó vékony vonalak hamis érzést okoznak a pontosság megítélésekor
- a térkép vonalai tipikusan 0.15 mm vastagok, és ez már önmagában bizonytalanságot okoz az objektum helyének meghatározásában
- a raszteres rendszerekben a bizonytalanság automatikusan tükröződik a cella méretében
- az igazi összehasonlítást a pontosság tekintetében a raszter cella mérete és a vektoros objektum helyzeti bizonytalansága között, nem lehet megtenni a koordináták pontossága alapján
C. A SZáMíTáS SEBESSÉGE
- a raszter adatokat nagyon gyorsan fel lehet dolgozni, hogy válaszolhassunk a legtöbb kérdésre, mint a fedésbe hozás, megfelelőség, és Boole műveletek; nem igényel számítást a fedvények közötti relatív helyzet megállapítása
- sok esetben a vizsgálat a fedvények cellánkénti összehasonlítását igényli
- kevés aritmetikai művelet szükséges az egyszerű állapotjellemzők miatt
- ezért a raszter rendszerek alkalmasak kis számítógépekre és alacsony a fejlesztési költségük
- ugyanezeket a kérdéseket kell megfontolnunk a vektoros számításoknál
- a vektor topológia összetett
- bonyolult geometriai problémákat kell megoldanunk, pl. egyenesek metszéspontját megtalálni
- bonyolult geometriai eljárások kellenek a poligonok fedésbe hozásához, hogy megelőzzük a hamis poligonok létrejöttét
- a távolságszámítás nehézkes lehet, az alkalmazott vetület/koordinátarendszer függvényében
- a fentiek lelassítják a vektor alapú rendszerek válaszolási idejét
- ez megakadályozhatja a nagy méretű munkát, vagy a többfelhasználós üzemet kis számítógépeken
- a nagyobb gépeken a sebességi tényező fontos marad:
- korlátozhatja az egyidejű felhasználók számát
- szükségessé teheti az összetett feladatok kötegelt, vagy csúcsidőn kívüli feldolgozását
D. TÖMEGTáROLáS
Raszteres tárolás
- az egyszerű raszteres tárolás cellánként egy memóriahelyet kíván (pl. egy vagy két bájt)
- nem ez a leghatékonyabb, de sok rendszer alkalmazza
- egyes rendszerek korlátozzák a bevihető sorok és oszlopok maximális számát
- a fájltömörítés legkülönbözőbb formái lehetségesek - lásd 35. Fejezet
- a leggyakoribb módszer az adathossz szerinti kódolás
- a tömörítés foka függ az adatok térbeli változékonyságától
- a nagyon összetett adatoknál az adathossz szerinti kódolás negatív eredményt hozhat - ennek a kódolásnak a használata opcionális
- itt csak egy kicsit múlja felül a tömörítés és kicsomagolás a cellánkénti tárolást
Vektoros tárolás
- nagyon kevés tárolóhely kell egy poligonnak
- a memóriaigény az objektum összetettségétől függ,
- továbbá a koordináták tárolási pontosságától (egyszeres vagy dupla)
- a mennyiség függ attól is, hogy az adatbázisban az objektumok között meglévő kapcsolatokból melyeket kívánjuk tárolni
- sok rendszer kevés kapcsolatot tárol, kis tárterületet igényel, az egyéb kapcsolatokat szükség esetén kiszámítja
- egyéb rendszerek sokkal alaposabban kidolgozott adatmodellt kínálnak, több kapcsolatot tárolnak, nagyobb tárolóhelyet igényelnek
- pl. az A rendszer 700 pont tárolásához 150 Kb helyet igényel, a B rendszernek 5 Mb szükséges ugyanezen 700 pont tárolásához, és mindkettő vektoros modell
- általában, a vektoros rendszerek kevesebb tömegtárat igényelnek, mint azok a raszteres rendszerek, amelyek ugyanilyen felbontással kívánnak dolgozni
- összegezve, a szükséges felbontást a bemenő rajz vonalvastagsága szabja meg, szemben az átmeneti zóna valódi szélességével
E. A JELENSÉGEK JELLEMZőI
Raszteres mintavétel
- a raszter a jelenségről szabályos közönként vett minta
- a térbeli változások ismeretének hiánya tükröződik
- ha tudjuk, hogy valahol bonyolult változatosság jelentkezik sűrítjük a mintavételt - és nem pazarlunk mintát azokra a területekre, ahol kicsi a változatosság
- pl. tudjuk, hogy Kalifornia lakossága a Los Angelesi medencére és a San Franciskói Öbölre koncentrálódik, ezért sokkal több adatot gyűjtünk ezekről a területekről, mint a Mojave Sivatagban
- a raszter megfelel a távérzékelésben, mivel a műhold nem elég intelligens ahhoz, hogy változtassa a mintavételt a földfelszín változatossága szerint
- tipikusan raszter formában gyűjtött adatok a műholdképek (rendezve és osztályozva) és a magassági adatok
Vektoros mintavétel
- a vektoros ábrázolás egyes területeken sokkal nagyobb változékonyságot enged meg, mint a raszteres
- pl. gyors változások a terület szélén, a közepével szemben
- pl. a választási körzetek kicsik a városokban és nagyok vidéken
- ez megfelel a szociális, közgazdasági és népességi változások esetében, amelyek sokkal erősebbek egyes területeken, mint máshol
- szintén megfelel sok természeti jelenség esetében
- pl. a növénytakaró sokkal gyorsabban változik a Nílus mellett, mint a Szaharában
- pl. a változások nagyon gyorsak a geológiában a törésvonalak mentén
- sok objektum a keletkezése miatt vektoros
- a tulajdonosváltozás gyors a telkek határvonalán
- a változások a megyében a határon a leggyorsabbak
- tipikusan vektor formában gyűjtik a földmérési adatokat és a jogi határokat
Tulajdonságok, egyedek és objektumok
- nehéz a cellákat tovább csoportosítani a raszterben lévő tulajdonságok szerint
- pl. összekapcsolni a cellákat az út mentén
- pl. összekapcsolni a cellákat, mint számozott erdei tisztásokat
- a raszter úgy "látja" a világot, mint egyforma méretű cellák összességét
- a raszter a földrajzot kötött sorrendbe rendezi - a világot "sorosan elérhetővé" téve
- a vektor úgy "látja" a világot, mint egyedek (entitások) gyűjteményét, amelyeket az adatbázisban objektumként ábrázol
- a vektor a földrajzot bármilyen sorrendben rendezi - lehetővé téve az adatok "véletlen elérését"
- az objektumokon végzett műveletek könnyebbek vektorosan, pl. a hálózat vizsgálat - a járművek mozgása az úthálózaton
- a pontnak egy teljes cellát el kell foglalni a raszterben, ami számos problémát okoz
- a kutak, segélyhívók helyét némely cellaméret esetében nem tudjuk ábrázolni, vagy megmondani, hogy hol van ezek közül valamelyik
- a vízminőség vizsgálatához pontosan szeretnénk tudni a kutak helyét
- a nyilvános telefonokat összekötő drótok költségének meghatározásához pontosan szeretnénk meghatározni a távolságukat
- másfelől, sok adatot csak összegzett formában tudunk ábrázolni
- pl. a népszámlálási adatok a körzetek szerint vannak összegezve, mind a raszteres, mind a vektoros megoldás a felhasználástól függ
- pl. a fontos természeti-erőforrás adatok, mint a ritka növények termőhelye vagy a régészeti területek, nagy cellákkal ábrázolhatók - lehetővé téve a jelenség védelmét, jelezve annak fontosságát a hely pontos megjelölése nélkül
F. ÖSSZEFOGLALáS
- a raszter - vektor vitát úgy összegezhetjük, mint döntési szabályok sorát, például:
melléklet - Ajánlások a vektoros és raszteres struktúrák használatához
A raszter és a vektor kombinációja
- mind a két rendszerből az előnyös tulajdonság használható ?
- bizonyos mértékig, két formában
1. tárolhatjuk az adatokat az egyik formában és feldolgozhatjuk a másikban
- hatékony eljárás kell a konvertáláshoz raszterből vektorba és vissza
- lehetővé kell tenni az adatgyűjtést és tárolást vektor módban, az elemzést raszter módban
- ezzel számítási időt és háttértárat takaríthatunk meg
- különösen fontos lehet kis számítógépek esetében
2. olyan vegyes rendszer használata, amelyben a raszteres és vektoros megoldás párhuzamosan fut
- pl. raszteres és vektoros rendszer egyidejű létesítése ugyanazon a PC-n, konvertáló függvényekkel az egyik vagy mindkét rendszerben
- pl. vektoros földhasználati térkép ráhelyezése a Landsat képre, hogy megnöveljük az űrfelvétel értelmezhetőségét
- a képet ezután úgy használhatjuk, mint korrekt vektor alapú vegetációs térképet
IRODALOM
Borrough, P.A., 1986. Principles of Geographical Information Systems for Land Resource Assesment, Clarendon, Oxford. Lásd raszter-vektor összefoglaló a 169. oldalon.
Gahegan, M.N., and S.A. Roberts, 1988. "An intelligent object-oriented geographical information system" International Journal of Geographical Information Systems 2(2):101-110. Gondolatok a térbeli elemző rendszerekhez való kapcsolódásról, amely kiemeli a földrajz területét, amely magasszintű jelenség-orientált modellben írható le.
Star, J.L. and J.E. Estes, 1990. Geographic Information Systems: An Introduction, Prentice Hall. A 4. Fejezet összefoglalja a raszter-vektor kérdést minden oldalról.
ELLenőrző KÉRDÉSEK
1. Foglalja össze a raszteres és vektoros modellek közötti vita vonásait.
2. Készítsen egy tanulmányt, amiben egy adott térkép digitális megfelelőjének raszteres és vektoros tárigényét hasonlítja össze. Ha úgy érzi, hogy nem tudja megcsinálni, magyarázza meg, hogy miért nem.
3. Foglalja össze a raszter GIS jellemzőit és az alkalmazási területeit, különbséget téve az előnyök és a hátrányok között.
4. Milyen tényezők határozzák meg a cellaméretet a raszter GIS-ben, amit egy elektromos átviteli folyosó tanulmányozására hozunk létre?
5. A fizikában a fény hol részecske hol hullám formáját mutatja. Beszéljük meg, milyen használható hasonlóságok léteznek ezen ellentétben.
|
