11. Fejezet - Térbeli objektumok és adatbázis modellek
Szerkesztette: Timothy L. Nyerges, Washingtoni Egyetem
Magyar változat: Mucsi László, József Attila Tudományegyetem, Szeged
A. Bevezetés
B. Pont adatok
C. Vonal adatok
Hálózat entitások
Hálózat tulajdonságok
Attribútumok
Hálózatok, mint lineárisan címzett rendszerek
D. Térbeli adatok
1. Környezeti/természeti erőforrás zónák
2. Társadalmi-gazdasági zónák
3. Ingatlan adatok
Területi fedvény ( areal coverage)
Lyukak és szigetek
E. Folytonos felszínek megjelenítése
A felszínek általános tulajdonságai
Adatszerkezetek a felszínek megadására
Térbeli interpoláció
Irodalom
ellenőrző kérdések
megjegyzések
Ez a fejezet folytatja azoknak az alapfogalmaknak a tárgyalását, melyek térbeli adatként jelenítik meg a valóságot. Megvizsgáljuk, hogy a valóság megjelenítése entitások formájában hogyan végezhető el térbeli objektumokkal (pont, egyenes, terület).
11. Fejezet - Térbeli objektumok és adatbázis modellek
Szerkesztette: Timothy L. Nyerges, Washingtoni Egyetem
Magyar változat: Mucsi László, József Attila Tudományegyetem, Szeged
A. Bevezetés
- a térbeli adatbázis objektumai a valós világ entitásainak és a hozzájuk kapcsolódó attribútumoknak sajátos megjelenítési formái
- a GIS ereje abban rejlik, hogy képes az entitásokat saját földrajzi összefüggéseikben tekinteni, és vizsgálni tudja az entitások közötti összefüggéseket
- ezért a GIS adatbázis sokkal több, mint objektumok és attribútumok gyűjteménye
- ebben a fejezetben azokat a módszereket fogjuk áttekinteni, melyekkel az egyszerű objektumokból térbeli adatbázist képezhetünk
- pl. azt, hogyan kapcsolhatók össze vonalak egy komplex csatorna- vagy közlekedési hálózatottá
- pl. azt, hogyan lehet a pontok, a vonalak és területek felhasználásával olyan bonyolult entitást megjeleníteni, mint a felszín
B. Pont adatok
- a térbeli objektumok legegyszerűbb típusa
- azoknak az entitásoknak a kiválasztása, melyeket pontként fogunk megjeleníteni, függ a térkép méretarányától vagy a tanulmány részletességétől
- pl. egy közepes méretarányú térképen - a háztömböket ponttal jelöljük
- de pl. egy kis méretarányú térképen - a városokat jelöljük pontként
- minden pont koordinátáit tárolhatjuk úgy, mint két kiegészítő (additional) attribútumot
- a ponthalmaz információit tekinthetjük úgy, mint egy kiterjesztett (extended) attribútum táblázatot
- ahol minden sor egy pontnak felel meg - a pontra vonatkozó minden információ abban a sorban folytatódik tovább
- minden oszlop egy attribútum
- a koordináták két oszlopban vannak
- itt az északi és a keleti jelzetű oszlop reprezentálja az y és az x koordinátákat
- minden egyes pont független a másik ponttól, és az adatbázis különálló sorában jelenik meg
C. Vonal adatok
Hálózat entitások
- infrastrukturális hálózatok
- közlekedési, szállítási hálózatok - főútvonalak és vasútvonalak
- közüzemi hálózatok - gáz, villany, telefon, víz
- légifolyosók hálózatai - légi kikötők és légi folyosók
- természetes hálózatok
- folyók
Hálózatok tulajdonságai
- egy hálózat áll:
- csomópontokból - kapcsolódási pontokból, vonalvégződésekből (dangling lines)
- vonalszakaszok - láncok az adatbázis modellben
- a csomópont értekét a csomópontba befutó vonalak száma adja
- a további kapcsolat nélküli (dangle) vonal vége 1-értékű
- az utcahálózatban a leggyakoribb a 4-értékű csomópont
- a hidrológiában a leggyakoribb csomópont 3-értékű
- a fa struktúrájú hálózatban csak egy út létezik egy csomópontpár között, nincsenek benne hurkok és körök
- a legtöbb folyóhálózat fa struktúrájú
Attribútumok
- példák a vonalak attribútumaira:
- a forgalom iránya, a forgalom nagysága, hosszúság, a sávok száma, a csomópontok közötti távolság megtételéhez szükséges idő
- a csővezeték átmérője, a gáz áramlásának az iránya
- a villamos vezeték feszültsége
- a vágányok száma, a vonatok száma, a pálya lejtése, a legszűkebb csatorna szélessége, a leggyengébb híd terherbíró képessége
- példák a csomópontok attribútumaira:
- a közlekedési lámpák száma, a felüljárók száma, a keresztező utcák neve
- a villanyoszlop magassága és szerelvényei
- az elzárt zsilipek (valves) száma, transzformátorok száma
- megjegyzendő, hogy bizonyos entitástípusok (pl. a keresztező utcák nevei) összekapcsolnak egy entitástípust a másikkal (csomópontot vonalszakasszal)
- bizonyos attribútumok kapcsolatban vannak a hálózati vonalszakaszokkal
- pl. egy vasútvonal két állomás közötti része lehet egy alagútban
-pl. egy főútvonal két csomópont közötti része állhat felújítás alatt
- számos GIS rendszer az ilyen attribútumokat úgy csatolja a rendszerhez, hogy a létező vonalakat szétvágja és új csomópontokat képez
- pl. egy háznál megszakítjuk az utca vonalát (2-értékű csomópont) és hozzárendeljük a ház attribútumait
- pl. az alagútban futó vasúti pálya a hálózatba két új csomóponttal kerülhet be
- ez a követelmény elképesztő nagy számú vonal és csomópont kialakulásához vezethet
- pl. egy 1:100.000 méretarányú térképen az USA vasúti hálózata kb. 300.000 vonalat tartalmaz
- a vonalak száma erősen növekedhet, ha az új csomópontokat kell bevezetnünk, a "hidak" jelölésére a hálózatban
Hálózatok mint lineárisan címzett rendszerek
- gyakran szükséges a hálózatokat mint címzett rendszereket használni, pl. utca hálózat
- a címzési válogatás az a folyamat, amelyban pl. egy házat megtalálunk az utcában a házszám alapján
- pl. ha ismert az, hogy egy háztömb tartalmazza a házakat 100-198-ig akkor a 124. ház valószínűleg a háztömb egynegyedénél helyezkedhet el
- egy pont lokalizálható a hálózatban a vonalszakasz száma és a csomóponttól való távolsága alapján
- ez jobban használható mint a pontnak az x,y koordinátája , hiszen ez a módszer a pontokat a hálózaton belül keresi
- ez a megközelítés választ ad arra a problémára, amely a vonalszakasz egy részéhez való attribútum rendelésből származik
- tartsuk az ilyen entitásokat (házak, alagutak) elkülönített táblázatban, kapcsoljuk azokat a hálózathoz a vonalszakasz száma és a vonalszakasz kezdetétől való távolságuk alapján
- egy távolsági adat szükséges a pont entitás azonosításához, kettő a kiterjesztett entitáséhoz pl. alagút (kezdő és végpont)
- a GIS képes az entitás x,y koordinátáit számolni, ha szükséges
- a vonalszakaszokat nem szükségszerű véglegesen ebben a rendszerben szétvágni
D. Területi adatok
- területi adatok megjelennek a területi jellegű térképeken, hegy- és vízrajzi térképek
- a határok definiálhatók természetes jelenségekkel, pl. tó, vagy mesterséges határokkal, pl. erdőállomány és népszámlálási körzet határok
- a területek többféle típusa létezhet
1. környezeti/természeti erőforrás zónák
- például
- növényzeti adatok - erdők, nedves területek, városi térségek
- geológiai adatok - kőzettípusok
- erdőgazdálkodási adatok - erdőállományok, erdőtagok
- talaj adatok - talaj típusok
- magával a jelenséggel definiált határok
- pl. talaj típus változások
- majdnem minden csomópont 3-értékű
2. Társadalmi-gazdasági zónák
- tartalmazza a népszámlálási körzetet (tracts), irányítószámot, stb.
- a határok a jelenségtől függetlenül definiálhatók, az attribútum értékek számszerűsíthetők
- a határok társadalmi alapon is meghatározhatók, pl. szomszédsági viszony
3. Ingatlan adatok
- telekhatárok, területhasznosítás, tulajdonviszonyok, adó információk
Terület fedvények
1. az entitások izolált területek, de lehetnek átfedések
- bármely hely bármennyi entitásbanlehet, vagy egyben sem
- pl. erdőtüzek által felégetett területek
- a területek nem töltik ki a teret
2. bármely hely csak egy entitásban lehet
- a területek kitöltik a teret
- minden határvonal két területet különít el, kivéve a térkép keretvonalát
- a területek nem fedik egymást
- az első típus bármelyik szintje konvertálható a második típusba
- példánkban a terület attribútum értéke azt jelöli, hogy a terület hányszor égett le
Lyukak és szigetek
- a területeken gyakran vannak "lyukak" vagy olyan különböző attribútumú területek, amelyek elhatárolódnak a területen belül
- az adatbázisnak ezeket a jelenségeket pontosan kell kezelnie
- ez a GIS termékekre nem mindig igaz
- az esetek komplexek lehetnek, pl.:
- a Huron-tó lyuk az Észak-Amerikai kontinensen
- a Manitoulin-sziget lyuk a Huron-tóban
- a Manitoulin-szigeten van számos tó
- ezen tavak között számosban vannak szigetek
- számos rendszer megengedi, hogy a területi entitásoknak szigetei legyenek
- egynél több primitív egyszerű-határos terület csoportosítható egy területi objektumba; pl. az iskola vagy a bevásárló központ területén lehet egynél több "sziget", de csak egy attribútum halmaz van
E. Folyamatos felszínek megjelenítése
- példák folyamatos felszínekre:
- domborzat (mint a topográfiai adatok része)
- csapadék, légnyomás, hőmérséklet
- népsűrűség
- mindenütt kell léteznie megfigyelhető (potenciál) értéknek
A felszínek általános természete
- kritikus pontok
- csúcsok és mélyedések - legmagasabb és legalacsonyabb pontok
- hegyvonulatok és völgytalpak - azok a vonalak, ahol a lejtés hirtelen megváltozik
- nyergek - két hegyvonulat illetve két völgy között
- törések - éles törés a felszínen - kliffek
- frontok - éles törés a lejtőn
- a lejtőszög és a kitettség számítható a domborzatból
Adatszerkezetek a felszínek megadására
- hagyományos adat modellek nem adnak megfelelő módszert a felszínek megjelenítésére
- ezért, a felszíneket ponttal, vonallal és területekkel ábrázoljuk
1. pontok - rácsháló
- DDM vagy digitális domborzatmodell
- alapja a domborzat szabályos területekre való felosztása
- eredmény egy pontmátrix
- sok digitális domborzati adat érhető el ebben a formában
2. vonalak - digitalizált szintvonalak
- a DLG hipszográfiai adatszintből, azonosak a nyomtatott térkép szintvonalaival, a rajzot közvetlenül a sztereografikus fényképből nyerték
- sztring objektum típusokon alapul
- a vonalak összekötik az azonos magasságú pontokat
- a domborzat attribútum
- ugyanez elkészíthető csapadékra, légnyomásra stb.
3. területek - TIN szabálytalan háromszög hálózat
- megjegyzés: a perspektiv ábra a háromszögeléses felszínábrázolásból származik ( TIN készítette M.P. Kumler, USGS)
- a támpontok általában a csúcsokon, a mélyedésekben, a vonulatok vagy a völgyek mentén találhatók
- a domborzat ábrázolásnak egyik leghatékonyabb módszere
- a mintavétel változhat a felszín érdességénak függvényében
- a TIN generálás eredménye tartalmaz csomópontokat, vonalakat és háromszög alakú területeket
Térbeli interpoláció
- amikor folytonos adattípust használunk, gyakorta kívánjuk becsülni olyan helyeken is az értékeket, amelyek nem esnek egybe a mintavételi pont, vonal, vagy terület halmazzal
- ezeket az ismeretlen értékeket az őt körülvevő adott értékek alapján számíthatjuk a térbeli interpoláció segítségével (lásd 40. és 41. Fejezet)
- pl. szintvonal interpolálása, először szabályos rácshálót interpolálunk a szabálytalan pontokból, vagy a ritka rácsháló sűrítésével, majd ezen végezzük el a szintvonalszerkesztést.
Irodalom
Burrough, P.A., 1986. Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Clarendon Press, Oxford. Lásd a 2. Fejezetet az adatbázis modellek áttekintését.
Mark, D. M., 1978. "Concepts of Data Structure for Digital Terrain Modells," Proceedings of the Digital Terrain Modells (DTM) Symposium, ASP and ACSM, pp. 24-31. Egy összefoglaló értékelés az DDM adatbázis modellekről.
Marx, R.W., 1986. "The TIGER System: Automating the Geographic Structure of United States Census," Government Publications Review 13:181-201. Eredmények az adatbázis modellek kiválasztásában a TIGER számára.
Nyerges, T.L. and K.J. Dueker, 1988. Geographic Information Systems in Transportation, Federal Highway Administration, Division of Planning, Washington D.C. Adatbázis modellek a GIS-ek szállítási alkalmazásaiban.
Peuquet, D.J., 1984. "A conceptual framework and comparision of spatial data modells," Cartographica 21(4):66-113. Kitűnő áttekintése a GIS-ekben használatos térbeli adat modelleknek.
ellenőrző kérdések
1. Miben különbözik egy természetes állapotot leíró fedvény a mesterséges objektumokat tükröző fedvénytől? Írja le a különbségeket a következő témákban: (a) alkalmazási terület, (b) látható megjelenés, (c) adatok összeállítása.
2. Hasonlítsa össze a domborzati adatok különböző adatmodelljeit. Melyiktől várható el legjobban, hogy (a) bemutassa a fluviális erózióval és a fa alakú folyóvíz hálózattal uralt felszínt, (b) a glaciális tájat, (c) a légnyomási térképet a frontokkal, (d) Észak-Amerika népsűrűségi térképet?
3. Milyen adatmodell szükséges a partmenti olajszennyezés potenciális környezeti kárainak ellenőrzésére? Adjon példákat az alkalmas térbeli objektumokra és attribútumokra.
4. Írja le a különbségeket a távérzékelésben, a számítógéppel támogatott tervezésben, az automatizált kartográfiában és a GIS-ekben használt adatmodellek között.
|