Вступ до бази даних геоінформаційних систем

Основні поняття ГІС в гідромеліорації

Геоінформаційна система (ГІС) — інформаційна система, що призначена для обробки просторово-часових даних, основою інтеграції якої слугує географічна інформація. Це засіб або інструментарій для вирішення завдань територіального плану. ГІС являє собою набір підсистем збору, збереження, маніпулювання даними та їхнього аналізу, виведення та представлення просторово-організованої інформації [4,5,6,7].

Геоінформаційна технологія (ГІС-технологія) — комп'ютерна технологія вводу, зберігання, обробки і представлення просторово координованої інформації; технологічна основа створення географічних й інформаційних систем на базі специфічних методів організації даних, аналізу й оцінювання їхньої просторової мінливості (геостатистики), інтеграції та представлення інформації до систем підтримки прийняття рішень [4, 5]. Визначення «географічна» у назві географічних інформаційних систем і геоінформаційних технологій є, по суті, синонімом просторової інформації.

Експертна система (ЕС) розглядається як система штучного інтелекту. Вона включає базу знань з набором правил, які дають змогу на основі фактів, отриманих користувачем, розпізнати ситуацію, здійснити діагностику та сформувати рішення або рекомендації [4, 6].

Система підтримки прийняття рішень (СППР) являє собою кінцевий продукт реалізації інформаційних технологій. Це — інтерактивна комп'ютерна система, що забезпечує діалог з користувачем й інтегрує моделі функціонування об'єкта для прийняття змістовного рішення. Як організований набір алгоритмів, оптимізаційних та імітаційних моделей, вона у сукупності з базами знань і базами даних забезпечує інтерпретацію та використання результатів вибору того чи іншого сценарію рішень [7]. При поєднанні СППР, побудованих на базі ЕС, з геоінформаційними системами формуються просторові системи підтримки прийняття рішень (ПСППР).

В основу формування будь-яких інформаційних баз покладено моделі організації даних для різних рівнів функціональних завдань.

Ядром будь-якої бази даних є модель даних. Модель даних являє собою безліч структур даних, обмежень цілісності й операцій маніпулювання даними. За допомогою моделі даних можуть бути представлені об'єкти предметної області й взаємозв'язку між ними.

Модель даних — сукупність структур даних і операцій їхньої обробки.

СУБД ґрунтується на використанні ієрархічної, мережний або реляційної моделі, на комбінації цих моделей або на деякій їхній підмножині [1].

Розглянемо три основних типи моделей даних: ієрархічну, мережну й реляційну.

Ієрархічна модель даних. Ієрархічна структура представляє сукупність елементів, зв'язаних між собою за певними правилами. Об'єкти, зв'язані ієрархічними відносинами, утворять орієнтований граф (перевернене дерево).

До основних понять ієрархічної структури ставляться: рівень, елемент (вузол), зв'язок. Вузол — це сукупність атрибутів даних, що описують деякий об'єкт. На схемі ієрархічного дерева вузли представляються вершинами графа. Кожний вузол на більше низькому рівні зв'язаний тільки з одним вузлом, що перебуває на більше високому рівні. Ієрархічне дерево має тільки одну вершину (корінь дерева), не підлеглу ніякій іншій вершині й находящуюся на самому верхньому (першому) рівні. Залежні (підлеглі) вузли перебувають на другому, третьому й т.д. рівнях. Кількість дерев у базі даних визначається числом кореневих записів.

До кожного запису бази даних існує тільки один (ієрархічний) шлях від кореневого запису.

Мережна модель даних. У мережній структурі при тих же основних поняттях (рівень, вузол, зв'язок) кожний елемент може бути пов'язаний з будь-яким іншим елементом.

Реляційна модель даних. Поняття реляційний (англ. relation — відношення) пов'язане з розробками відомого американського фахівця в області систем баз даних Е. Кодда [13].

Ці моделі характеризуються простотою структури даних, зручним для користувача табличним поданням і можливістю використання формального апарата алгебри відносин і реляційного вирахування для обробки даних.

Реляційна модель орієнтована на організацію даних у вигляді двовимірних таблиць. Кожна реляційна таблиця являє собою двовимірний масив і має наступні властивості:

· кожний елемент таблиці - один елемент даних;

· всі стовпці в таблиці однорідні, тобто всі елементи в стовпці мають однаковий тип (числовий, символьний і т.д.) і довжину;

· кожний стовпець має унікальне ім'я;

· однакові рядки в таблиці відсутні;

· порядок проходження рядків і стовпців може бути довільним.

Відносини представлені у вигляді таблиць, рядки яких відповідають кортежам або записам, а стовпці — атрибутам відносин, доменам, полям.

Поле, кожне значення якого однозначно визначає відповідний запис, називається простим ключем (ключовим полем). Якщо записи однозначно визначаються значеннями декількох полів, то така таблиця бази даних має складений ключ.

Щоб зв'язати дві реляційні таблиці, необхідно ключ першої таблиці увести до складу ключа другої таблиці (можливий збіг ключів); у противному випадку потрібно ввести в структуру першої таблиці зовнішній ключ — ключ другої таблиці.

Розрізняють концептуальний, внутрішній і зовнішній рівні подання даних баз даних, яким відповідають моделі аналогічного призначення,

Концептуальний рівень відповідає логічному аспекту подання даних предметної області в інтегрованому виді. Концептуальна модель складається з безлічі екземплярів різних типів даних, структурованих відповідно до вимог СУБД до логічної структури бази даних.

Внутрішній рівень відображає необхідну організацію даних у середовищі зберігання й відповідає фізичному аспекту подання даних. Внутрішня модель складається з окремих екземплярів записів, фізично збережених у зовнішніх носіях.

Зовнішній рівень підтримує приватні подання даних, необхідні конкретним користувачам. Зовнішня модель є підмножиною концептуальної моделі. Можливе перетинання зовнішніх моделей за даними. Приватна логічна структура даних для окремого додатка (завдання) або користувача відповідає зовнішній моделі або підсхемі БД. За допомогою зовнішніх моделей підтримується санкціонований доступ до даних БД додатків (обмежені состав і структура даних концептуальної моделі БД доступних у додатку, а також задані допустимі режими обробки цих даних: введення, редагування, видалення, пошук).

Поява нових або зміна інформаційних потреб існуючих додатків вимагають визначення для них коректних зовнішніх моделей, при цьому на рівні концептуальної й внутрішньої моделі даних змін не відбувається. Зміни в концептуальній моделі, викликані появою нових видів даних або зміною їх структур, можуть зачіпати не всі додатки, тобто забезпечується певна незалежність програм від даних. Зміни в концептуальній моделі повинні відбиватися й у внутрішньої моделі, і при незмінній концептуальній моделі можлива самостійна модифікація внутрішньої моделі БД із метою поліпшення її характеристик (час доступу до даних, витрати пам'яті зовнішніх пристроїв і ін.). Таким чином, БД реалізує принцип відносної незалежності логічної й фізичної організації даних.

Проектування бази даних складається в побудові комплексу взаємозалежних моделей даних.

Найважливішим етапом проектування бази даних є розробка інфологічної (інформаційно-логічної) моделі предметної області, не орієнтованої на СУБД. В інфологічній моделі засобами структур даних в інтегрованому виді відбивають состав і структуру даних, а також інформаційні потреби додатків (завдань і запитів).

Інформаційно-логічна (міфологічна) модель предметної області відбиває предметну область у вигляді сукупності інформаційних об'єктів і їхніх структурних зв'язків.

Інфологічна модель предметної області будується першою. Попередня інфологічна модель будується ще на передпроектній стадії й потім уточнюється на більше пізніх стадіях проектування баз даних. Потім на її основі будуються концептуальна (логічна), внутрішня (фізична) і зовнішня моделі.

Базові структури даних в ГІС

Дані - це ймовірно найбільш важливий компонент ГІС. Дані про просторове положення (географічні дані) і пов'язані з ними табличні дані можуть збиратися й підготовлятися самим користувачем, або здобуватися в постачальників на комерційній або іншій основі. У процесі управління просторовими даними ГІС інтегрує просторові дані з іншими типами й джерелами даних, а також може використовувати СУБД, що застосовуються багатьма організаціями для упорядочення й підтримки наявних у їхньому розпорядженні даних.

ГІС зберігає інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, які об'єднані на основі географічного положення. Цей простий, але дуже гнучкий підхід довів свою цінність при вирішенні різноманітних реальних завдань. Будь-яка географічна інформація містить відомості про просторове положення, будь те прив'язка до географічних або інших координат, або посилання на адресу, поштовий індекс, виборчий округ або округ перепису населення, ідентифікатор земельної або лісової ділянки, назва дороги й т.п. При використанні подібних посилань для автоматичного визначення місця розташування або місць розташування об'єкта (об'єктів) застосовується процедура, що має назву геокодування. З її допомогою можна швидко визначити й подивитися на карті, де перебуває об'єкт, що цікавить вас, або явище, такі як будинок, у якому проживає ваш знайомий або перебуває потрібна вам організація, де відбулося землетрус або повінь, за яким маршрутом простіше й швидше добратися до потрібного вам пункту.

ГІС може працювати із двома типами даних, що істотно відрізняються - векторними й растровими. У векторній моделі інформація про крапки, лінії й полігони кодується й зберігається у вигляді набору координат X,Y. Місце розташування крапки (крапкового об'єкта), наприклад свердловини, описується парою координат (X,Y). Лінійні об'єкти, такі як дороги, ріки або трубопроводи, зберігаються як набори координат X,Y. Полігональні об'єкти, типу річкових водозборів, земельних ділянок або областей обслуговування, зберігаються у вигляді замкнутого набору координат. Векторна модель особливо зручна для опису дискретних об'єктів і менше підходить для опису безупинно мінливих властивостей, таких як типи ґрунтів або доступність об'єктів. Растрова модель оптимальна для роботи з безперервними властивостями. Растрове зображення являє собою набір значень для окремих елементарних складових (осередків), воно подібно відсканованій карті або картинці. Обидві моделі мають свої переваги й недоліки. Сучасні ГІС можуть працювати як з векторними, так і з растровими моделями.

Геоінформаційні дані містять чотири інтегрованих компоненти:

Географічне положення (розміщення) просторових об'єктів представляється 2-х, 3-х або 4-х мірними координатами в географічно співвіднесеній системі координат (широта/довгота)
Атрибути - властивість, якісна або кількісна ознака, що характеризує просторовий об'єкт (але не пов'язаний з його місцевказанням)
Просторові відносини визначають внутрішні взаємини між просторовими об'єктами (наприклад, напрямок об'єкта А в відношенні об'єкта В, відстань між об'єктами А и В, вкладеність об'єкта А в об'єкт В)
Тимчасові характеристики представляються у вигляді строків одержання даних, вони визначають їхній життєвий цикл, зміна місця розташування або властивостей просторових об'єктів у часі.

Основні елементи бази просторових даних:

Елементи дійсності, змодельовані в базі даних ГІС мають дві тотожності: реальний об'єкт і змодельований об'єкт (об'єкт БД).
Реальний об'єкт - явище навколишнього світу, що представляє інтерес, що не може бути більше підрозділене на явища того ж самого типу.
Об'єкт БД - елемент, у тім виді, у якому він представлений у базі даних. Об'єкт БД є "цифровим поданням цілого або частини реального об'єкта".
Метод цифрового подання явища змінюється виходячи з базового масштабу й ряду інших факторів.

Модель бази просторових даних:

Кожний тип реального об'єкта представляється певними просторовими об'єктами бази даних.
Просторові об'єкти можуть бути згруповані в шари, також називані оверлеями, покриттями або темами.
Один шар може представляти одиночний тип об'єкта або групу концептуально зв'язаних типів.

Подання просторових даних - спосіб цифрового опису просторових об'єктів. Найбільш універсальні й вживані з них:

векторне подання (крапки, лінії, полігони):

( векторно-топологічне подання;
векторно-нетопологічне або модель "спагетті");

растрове подання (осередку, сітки);
регулярно-ніздрювате подання;
квадродерево (квадротомічне подання).

До менш розповсюджених або застосовуваних для подання просторових об'єктів певного типу відносяться також гіперграфова модель, модель типу TIN і її багатомірні розширення.

Існують способи й технології переходу від одних просторових даних до інших (растрово-векторне перетворення, векторно-растрове перетворення).

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 388; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!