|
30. Fejezet - KOMPLEX OBJEKTUMOK TÁROLÁSA
Szerkesztette: David H. Douglas, University of Ottawa
Magyar változat: Gross Miklós, Budapesti Geodéziai és Térképészeti Vállalat
A. BEVEZETÉS
B. EGYSZERŰ TÉRBELI OBJEKTUMOK ÁBRÁZOLÁSA
C. OBJEKTUMATTRIBÚTUMOK TÁROLÁSA
D. TOPOLÓGIA ÁBRÁZOLÁSA
Kapcsolatok a hálózatokban
Területek közti kapcsolat
A CanSIS adatstruktúra
E. AZ ÍV-ALAPÚ ÁBRÁZOLÁS HÁTRÁNYAI
F. ADATSTRUKTÚRÁK EGYÉB KÉRDÉSEI
IRODALOM
ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK
30. Fejezet - KOMPLEX OBJEKTUMOK TÁROLÁSA
Szerkesztette: David H. Douglas, University of Ottawa
Magyar változat: Gross Miklós, Budapesti Geodéziai és Térképészeti Vállalat
A. BEVEZETÉS
- az előző szakaszok a helyek meghatározására és transzformálására vonatkoztak
- a GIS olyan objektumokkal foglalkozik, mint a vonalak és a nagy helyet foglaló területek, valamint az ezek közötti komplex összefüggésekkel
- térbeli adatokat normális körülmények között vektor-rendszerben tárolnak, azaz:
- objektumokat (pontok, vonalak és területek)
- az objektumokkal kapcsolatos attribútumokat
- objektumok közötti összefüggéseket
- ez a szakasz azzal foglalkozik, hogyan lehet objektumokat koordináták nélkül szerkeszteni és hogyan lehetséges az attribútumok és az összefüggések ábrázolása digitális úton
- több alternatíva létezik egy digitális tároláson belül térbeli adatok struktúrálására
- itt áttekintünk néhány legáltalánosabb dolgot, amelyek hosszú évek tapasztalatával és alkalmazásával váltak hasznossá
B. EGYSZERŰ TÉRBELI OBJEKTUMOK ÁBRÁZOLÁSA
- térbeli objektumokat - pontokat, vonalak, területeket - (x,y) koordináta-párokkal kódolhatunk
- pont : (x,y)
- vonal: (x1,y1) (x2,y2) .....(xn,yn)
- terület: (x1,y1) (x2,y2) .....(xn,yn)
- jegyezzük meg, hogy a három térbeli objektum digitális ábrázolása megegyezik, n=1 esetben,
- jegyezzük meg, hogy a következő megállapodás végig érvényes ebben a fejezetben:
- a rekord nevét kettőspont követi, azután a rekordot alkotó tételek következnek
- egy vonalat vagy területet szerkeszteni annyit jelent, mint egyenes vonallal összekötni minden egymást követő pont-párt
- egy terület objektum esetében fel kell tételezzük, hogy az utolsó pont megegyezik az elsővel, vagy választhatjuk azt, hogy az utolsó pont az elsőhöz egy egyenessel kapcsolódva zárja a területet
- pontokat nem szükséges mindig egyenes vonallal összekötni, mint azt később látni fogjuk
C. OBJEKTUMATTRIBÚTUMOK TÁROLÁSA
- objektumok attribútumát úgy tárolhatjuk, mint egy táblázatot
- pontoknál a koordináták felfoghatók úgy, mint mindegyik objektumhoz tartozó két további attribútum, hogy a meglévő adatstruktúra egy egyszerű táblázat lehessen
- ez a vonalak és területek esetében, a koordináták változó száma miatt, nem lehetséges
- az adatállomány általában két részből áll:
- koordináták egy file-ban, mindegyik sorozat egy egyedi objektumot képvisel, egyedi ID-vel azonosítva
- az attribútumok egy táblában, az objektumot egy attribútummal azonosítják, amelyhez a többi kapcsolódik
- különböző GIS-ekben számtalan különböző nevet használnak a kapcsoló file-khoz
- Attribútumok: Leíró Adatok (DDS) Poligon Attribútum Tábla (PAT)
- Koordináták: Geometriai, Kép adatok (IDS), Helyi adatok, Földrajz
- ilyen típusu adatbázis, benépesítve objektumokkal és azok attribútumaival, általánosan használt a térképészeti vagy CAD (számítógéppel támogatott tervezés) adatbázisban
- több általánosan ismert térképészeti programcsomag ezt a struktúrát használja
- SAS/GRAPH és ATLAS (a "Stratégiai Helyek Tervezése" "Strategic Locations Planning") szolgálnak például
D. TOPOLÓGIA ÁBRÁZOLÁSA
- a kulcs egy GIS adatszerkezethez, eltérően a kartográfiai adatbázisoktól, hangsúlyosan az objektumok közötti összefüggések kódolása
- GIS-ben a topológia fogalma alatt az objetumok közötti kapcsolatok azonosítását értik
- bár a topológia fogalmának sokkal pontosabb jelentése van a matematikában, itt
- topológiai tulajdonságok azok, amelyek megmaradnak, amikor egy objektumot megnyújtunk, vagy eltorzítunk és ezért eltérnek a geometriai tulajdonságoktól
- pl. egy kör felületté vagy sokszöggé torzulhat, de semmi esetre sem lesz négyzet
- óriási területe van az objektumok közti összefüggések lehetőségeinek (lásd a 12. Fejezet, a kapcsolatok részletes leírása)
- egyszerű példák: "legközelebbi...(-hoz)," "keresztező", "össze van kötve...val"
- ezeket a kifejezéseket használhatjuk két objektum összekapcsolásánál
- pl. minden egyes objektum adhat egy attribútumot, ami ugyanabban az osztályban, a legközelebbi objektum ID-je, így az objektum párok között lehet kódolni egy összefüggést
- két speciális típusú kapcsolatot gyakran kódolnak a GIS adatbázisban:
- hálózati kapcsolatokat
- területek közötti kapcsolatokat
Kapcsolatok hálózatban
- a hálózatok az objektumok két típusát tartalmazzák
- a vonalak, úgy is ismertek, mint "links" (összekötések), "edge" (élek,), vagy "arc" (ívek)
- a csomópontok "nodes", úgy is ismertek, mint kereszteződések vagy elágazások
- egyszerű úton lehet az összefüggést kódolni az összekötések ("link") és csomópontok ("nodes") között úgy, hogy mindegyik összekötéshez két attribútomot rendelünk, ezek a csomópontok ID-i mindkét végen
(To....From=csomóponthoz, csomóponttól)
- így a rekordoknak két típusa lesz
- 1. ív koordináták: (x1,y1) (x2,y2)....(xn,yn)
2. ív attribútumok: vég(csomó)pont (to node), kezdő(csomó)pont (from node), hosszúság attribútumok
- ezt a struktúrát használva, lehetővé válik navigálni "link"-től "link"-ig, keresve a összekötésekhez a megfelelő csomópont számát
- a DIME adatbázist a Népszámlálási Hivatal (Bureau of the Census, USA) az 1970-es népszámláláshoz állította fel és ezt a koncepciót használták az amerikai utcahálózat kodolásához
- mindegyik csomópontnak vagy utkereszteződésnek egyedi ID-t adtak
- A TIGER vonal-file-nak nincs egyedi csomópont ID-je, de a hálózatot tájékozni lehet a vonal végpontjai (x,y) koordinátáinak megfeleltetésével
- az összetartozás keresése nem különösen hatékony
- egy jobb adatstruktúra megadná mindegyik csomóponthoz az összekötést
- ez megoldható egy harmadik típusu rekord hozzáadásával
- 3. csomópont: (x,y) szomszédos ív (pozitív a végpontra "to node", negatív a kezdőpontra "from node")
- végül, kényelmetlen lehet változó számu ív ID-t tárolni minden csomóponthoz, így ajánlatosabb két file-t használni:
1. egy egyszerű rendezett listát, amely tömöríti a csomópont file-kat egy ív ID láncba
2. egy táblázatot, amelyben mindegyik csomóponthoz a lista első ívének pozíciója van tárolva
Ív Pozíció Ív Pozíció Csomópont Pozíció
1 1 6 -4 a 1
2 -5 7 -2 b 3
3 3 8 5 c 6
4 2 9 4 d 9
5 -1 10 -3
Területek közötti kapcsolatok
- amikor terület objektumokkal dolgozunk, fontos ismerni a szomszédságot
- sok program nagyon hatékony, ha tudjuk, mely területeknek van közös határvonaluk
- sok rendszer, mint több önálló ívdarabot tárolja a határokat, beleértve az ív attribútumokat is, amelyek jelzik, hogy melyik poligon esik az ív egyes oldalaira
- komplett poligon határ helyett közös határt tárolva, el lehet kerülni:
- a kettőzött digitalizálást
- a problémát, amely akkor jelentkezik, ha a közös határ két változata nincs fedésben
- több rendszer ezt a három terület sorozatot három adat sorozattal kívánja tárolni:
- egy poligon attribútum táblázattal
- egy ív attribútum táblával
- egy sorozat (x,y) koordináta párral, amely az ív geometriát képviseli
Megjegyzés: ARC/INFO-ban ezek úgy vannak azonosítva, mint PAT, AAT és ARC file-k
Hátrányai:
- poligon szerkesztéséhez meg kell keresni az ívhez a helyes poligon ID-ket, és csak akkor köthetők össze a csomópont számok
- a fenti B poligonhoz az eredmény lehet 3, 4 és 5 ív, az 5-tel fordított rendben
- ez az adatstruktúra nem tud képviselni egy szétszabdalt terület objektumot, egy szigetet például
A CanSIS adatstruktúrája
- teljesen kifejlesztett adatstruktúra egy példája a Kanadai Talaj Információs Rendszer (Canadian Soil Information System, CanSIS) adatbázisa, melyet
- a kanadai Mezőgazdasági Minisztérium az 1970-es években fejlesztett ki
- négy, egymástól függő adatkészlet van benne mutatókkal
- egy nagyon egyszerű összefoglalója a CanSIS struktúrának, hogy a négy adatsora:
1. objektum:attribútumok első poligon, utolsó poligon
- a talajtípusokat objektumként lehet kódolni
- egy objektum leírható sok összefüggéstelen poligonnal, osztozva ugyanazon attribútumokban
2. poligon: objektum ID, következő poligon, első ív, utolsó ív
- itt az "objektum" a tárgya annak az objektumnak, amelyiknek a poligon egy része
3. ív: R-poligon, L-poligon (jobb-bal), R-következőív,L-következőív, R-előzőív, L-előzőív, első pont, utolsó pont
- az ív mutatók a következő ív-hez rendeltettek a bal és jobb poligonok körül
- az első és utolsó pont azonosítja az első és utolsó (x,y)-t ebben az ív-párban (l.a következő pontban)
30.1. ábra - területek közötti összefüggések
4. Pont: (x,y)
- azokat a pontokat, amelyek az ívekhez tartoznak, sorban tárolják ebben az adatkészletben
megjegyzendő, hogy a rekord pontok minden típusa rámutat más típusok rekordjára
- pl. mindegyik objektum rámutat az első és utolsó poligonra, amely leírja az objektumot
- pl. mindegyik ív rámutat a poligonra az ív bal és jobb oldalán és másik ívre is
E. AZ ÍV-ALAPÚ ÁBRÁZOLÁS HÁTRÁNYAI
- a területek nem mindig fedik le a teret
- a módszer talán nem olyan hatékony olyan adatsor kódolásához, amely elkülönült poligonokat tartalmaz, pl. fás parcellákat egy mezőgazdasági területen, különféle típusu földhasználatot, járdát a házak körül, városi térképen
- területek gyakran átfedik egymást
- egy erdőben egy leégett öreg rész adatbázisa tartalmaz poligonokat, amelyek átfedhetik egymást és nem fedik le a teret, így ott kevés közös határ van, ha van egyáltalán
- habár a programok igen nagy része jobban dolgozik ívvel, mint poligon ábrázolással, mégis néha szükséges ívből visszaállítani a komplett poligonokat, pl. kijelzésre, poligon kitöltésénél
F. ADATSTRUKTÚRÁK EGYÉB KÉRDÉSEI
- a hálózati és a terület adatstruktárák, amelyeket fenntebb tárgyaltunk, a mindennapi gyakorlatban működő GIS-ből adódtak, de még messze vannak a minden részletre kiterjedő adatstruktúrától
- egy adatstruktúrát úgy kell megválasztani, hogy egyensúlyban tartsa:
1. a hatékony feldolgozást
- sok műveletnél az ív sokkal hatékonyabb, mint a poligon
2. pontosan modellezze a valóságot
- az objektumok a valóság absztrakciói, a feltételek meg vannak szabva, pl. nem lehet átfedő poligon; ez kihat az absztrahálás pontosságára
- az adatok fogalmi szerkezete, amit a felhasználó részére a rendszer jelent, nem kell hogy szorosan kapcsolatban legyen az aktuális adatstruktúrával
- a fent leírt egyszerű struktúrák használhatók arra, hogy sokkal több komplex áttekintést nyújtsanak a felhasználónak
Példa: néhány rendszer megengedi a felhasználónak, hogy komplex alakzatokkal dolgozzon, amelyek egyszerű alakzatok összességét jelentik
- egy egyszerű alakzat, mint egy pont, számos alakzat része lehet
- ez az elképzelés hasznos a közmű ábrázolás esetében, ahol szükséges lehet több objektum összegyűjtése - olyanok mint a ház, parcella, vezeték, akna, gázórák - egy komplex objektumba
Példa: térinformatikai elemzők gyakran találkoznak azzal a ténnyel, hogy a szóbanforgó zónák, olyanok pl. mint a megyék, időnként változnak
- A Nagy Amerikai Történelmi Projectet - az USA népességének térbeli megoszlását kell elemezni megyénként 1800-tól, ez olyan adatbázist igényel, amely a felhasználónak különböző szemszögből meg tudja jeleníteni a megyék adatait különböző időszakoknak és határoknak megfelelően
- egy megoldás : meghatározni egy közös ív sorozatot mindegyik időperiódusra
- az ív lista tartalmaz minden vonalat, ami egy amerikai megyének valamikor is határvonal darabja volt
- az objektumok (megyék) határai minden idő periódusban különöböző képpen vannak definiálva
- egy ív része a határvonal hálózatnak "t" időperiódusban, ha a poligon ID-i annak jobb és bal oldalán "t" időben különböző objektumokhoz tartoznak
- adatstruktúrában ezek a rekord típusok lesznek:
1. Objektum: attribútumok "t" időben
2. Poligon: objektumok, amelyekhez minden időben fűződik poligon
3. Ív: L-poligon, R-poligon
IRODALOM
Burrough, P.A., 1986. "Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment",
Clarendon Press, Oxford. See Chapter 2.
Haralick, R.M., 1980. "A Spatial Data Structure for Geographic Information Systems," in: H. Freeman
and G.G. Pieroni, eds., Map Data Processing, Academic Press, New York.
Peuker, T.K., and N. Chrisman, 1975. "Geographic Data Structures," American Cartographer 2(1):55-69.
van Roessel, J.W., and E.A. Fosnight, 1984. "A relational approach to vector data structure conversion," Proceedings, International Symposium on Spatial Data Handling, Zurich, pp. 78-95.
ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK
1. Készítsen térbeli objektumpárok közötti listát a kapcsolatok fajtáiról: mindegyik pontpárhoz, vonalhoz, és területhez, pl. pont a ponthoz, pont a vonalhoz, terület a ponthoz stb. Van-e példa három objektum közötti összefüggésre, pl. pont-pont-pont?
2. Írja ki a CanSIS adatstruktúrát egy egyszerű térképre - amely három vagy négy poligonból áll - azzal egyenlő, vagy annál kisebb számú objektumot [beleértve (x,y) koordináta párt] képezve belőlük. (egy rajzot is kell készíteni)
3. A GIS ipar hagyományosan készített adatmodellje feltételezi azt, hogy az adatbázis egy rétegén belül a poligon objektumok nem fedik egymást és a rendelkezésre álló teret kitöltik. Mondja meg azt a határt, ahol ez a feltétel már behatárolja a GIS adatbázis alkalmazását egy speciális területen. Elegendő fontosságúak ezek ahhoz, hogy az adatmodell változtatását eredményezzék a jövőben?
4. Vitassák meg az alkalmazás területeit, melyekben egy komplex tulajdonság típus fogalma lenne hasznos. Milyen műveletet kívánna végrehajtani a komplex és egyszerű sajátosságokat illetően?
|
