Определение положения точек на поверхности Земли
Координатные данные, составляющие один из основных классов геоинформационных данных, используют для указания местоположения на земной поверхности.
Поверхность Земли имеет сложную форму. При общей площади ее поверхности 510 млн. км2 71 % приходится на дно морей и океанов и 29 % - на сушу. Это дает основание считать, что земная поверхность состоит из двух резко отличающихся морфологических элементов - материков и океанов.
С учетом того, что поверхность вод Мирового океана занимает почти 3/4 поверхности Земли, за общую фигуру земли принимают тело, ограниченное поверхностью воды океанов. Такая поверхность называетсяуровненной. Потенциал силы тяжести на ней имеет одно и то же значение. Другими словами, эта поверхность везде перпендикулярна отвесной линии, т.е. везде горизонтальна.
Можно построить семейство горизонтальных поверхностей. Поверхность, которая совпадает с поверхностью Мирового океана в состоянии покоя и равновесия и продолжена под материками, образует фигуру, принятую в геодезии за общую фигуру Земли, называемуюгеоид.
С помощью методов дистанционного зондирования удалось установить, что Земля имеет грушевидную форму. В качестве математической модели Земли применяют эллипсоид, который в геодезии принято называтьреференц-эллипсоидом. В СССР до 1946 г. использовался эллипсоид, полученный Ф. Бесселем. В 1946 г. для обязательного использования был введен эллипсоид, вычисленный в ЦНИИГАиК в 1940 г. под руководством Ф.Н. Красовского при участии А.А. Изотова.
|
|
|
Для отображения положения точек поверхности на плоскости используют различные математические модели поверхности и различные системы координат. На практике применяют два основных типа координат: плоские и сферические. Реже применяют криволинейные или полярные.
Выбор системы координат зависит от размеров исследуемых участков поверхности, как следствие, от влияния кривизны Земли. При изображении небольших участков Земли часть уровненной поверхности можно принять за плоскость. Такими участками будут участки до 20 км длиной и площадью до 400 км2.
В этих случаях применимы плоские координаты.
Плоские декартовы координаты определяются заданием двух осей. При этом обычно координата Х указывает на восток, Y - на север. Задают масштабные отрезки. Упорядоченная пара (X, Y) определит положение точки в заданной системе.
Плоские полярные координаты используют расстояние от начала координат и угол от фиксированного направления. Направление обычно фиксируется на север, а угол отсчитывается по часовой стрелке от него. Полярные координаты удобны при проведении измерений от какой-либо заданной точки, например, когда используются данные таких источников, как радарные съемки.
|
|
|
При необходимости учета кривизны Земли применяют пространственные системы координат.
Для определения географической системы координат (разновидности сферической системы) введем следующие понятия:
• плоскость земного экватора - проходит через центр Земли перпендикулярно к оси вращения;
• плоскость географического (астрономического) меридиана - проходит через ось вращения Земли и отвесную линию в точке земной поверхности;
• меридиан - линия пересечения плоскостей географических меридианов с земной поверхностью;
• параллель - линия, образованная пересечением плоскости, параллельной плоскости земного экватора, с поверхностью Земли.
Положение точки определяется широтой и долготой.
Широта - это угол между точкой и экватором вдоль меридиана (Такое определение широты не годится для эллипсоида.). Она изменяется от -90 ° (южный полюс) до +90 ° (северный полюс).
Долгота - это угол в плоскости экватора между меридианом точки и главным (нулевым) меридианом, проходящим через Гринвич (Англия). Она изменяется от -180 ° (западная долгота) до +180 ° (восточная долгота).
|
|
|
Основными понятиями этой системы координат являются:
меридиан - линия постоянной долготы;
параллель - линия постоянной широты;
большой круг - воображаемый круг на земной поверхности, образованный плоскостью, проходящей через центр земного шара;
малый круг - воображаемый круг на земной поверхности, образованный плоскостью, не проходящей через центр земного шара.
Рассмотренные системы координат носят в большей степени теоретический характер. На практике используют более широкий набор систем координат: геоцентрические, топоцентрические, полярные геодезические, эллиптические и др.
Координатные данные
Геометрически информация, содержащаяся на карте, может быть определена как совокупность наборов точек, линий, контуров и площадей, имеющих метрические значения, отражающие трехмерную реальность. Эта информация образует класс координатных данных ГИС, являющийся обязательной характеристикой геообъектов. Будучи частью (классом) общей модели данных в ГИС, координатные данные определяюткласс координатных моделей.
Основные типы координатных моделей
|
|
|
Класс координатных моделей можно разбить на типы. При этом следует учесть, что попытка включить в описание широкий набор групп, приводит к усложнению базы данных и процессов обработки. В ГИС используют меньшее число атомарных моделей по сравнению с САПР. В ГИС, как и в САПР, применяют набор базовых геометрических типов моделей, из которых создают все остальные, более сложные. С учетом предметной области карт ограничиваются лишь описанием таких типов (структур географических данных), которые относятся к представлению топографии и к тематическому упорядочению.
В ГИС включают следующие основные типы координатных данных - (рис. 5.3.):
• точка (узлы, вершины);
• линия незамкнутая;
• контур (замкнутая линия);
• полигон (ареал, район) - группы примыкающих друг к другу замкнутых участков.
В некоторых системах в описание основных типов моделей включают понятие пространственная сеть, которая является развитием типа данных район. Контуры и линии часто объединяют общим термином - "линейные объекты". Таким образом, в разных ГИС число основных типов координатных моделей меняется от трех до пяти. Проводя сравнение с технологиями САПР, отметим, что основные типы координатных данных являются аналогами атомарных моделей в САПР, которые называютпримитивами.
Приведенные выше понятия носят концептуальный характер. На практике для построения реальных объектов используют большее число составных координатных моделей. В разных ГИС они незначительно отличаются, поэтому рассмотрим в качестве примера набор данных в системе GeoDraw:
• точка - пара координатX, Y;
• отрезок - линия, соединяющая две точки;
• вершина (вертекс) - начальная или конечная точка отрезка;
• дуга (линия) - упорядоченный набор связных отрезков (или вершин);
Рис. 5.3. Основные типы координатных данных
• узел - начальная или конечная вершина дуги;
• висячий узел - узел, принадлежащий только одной дуге, у которой начальная и конечная вершины не совпадают;
• псевдоузел - узел, принадлежащий только двум дугам либо одной замкнутой дуге, у которой начальная и конечная вершины совпадают. Исключением является узел, принадлежащий двум дугам, одна из которых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней (такой узел является нормальным);
• нормальный узел - узел, принадлежащий трем (и более) дугам. Нормальным также является узел, принадлежащий двум дугам, одна из которых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней;
• висячая дуга - дуга, имеющая висячий узел;
• замкнутая дуга - дуга, у которой совпадают начальная и конечная вершины (у такой дуги имеется только один узел);
• полигон - единичная область, ограниченная (находящаяся внутри) замкнутой дугой или упорядоченным набором связных дуг, которые образуют замкнутый контур;
• покрытие - набор файлов, фиксирующий в виде цифровых записей пространственные объекты (точки, дуги, полигоны) и структуру отношений между ними;
• пустое покрытие - покрытие, в котором отсутствуют пространственные объекты;
• слой - покрытие, рассматриваемое в контексте его содержательной определенности (растительность, рельеф, административное деление и т.п.) или его статуса в среде редактора (активный слой, пассивный слой);
• внутренний идентификатор пространственного объекта - целое чисто, являющееся служебным идентификатором системы (уникальное для каждого объекта данного покрытия и назначаемое автоматически в процессе работы редактора). Может изменяться системой в процессе работы;
• пользовательский идентификатор (внутренний ключ) пространственного объекта - целое число, служащее для связи объектов цифровой карты с базой (таблицами) тематических данных. Назначается и изменяется только пользователем.
На рис. 5.4 показаны основные из рассмотренных элементы векторных данных ГИС.
Рис. 5.4. Основные элементы векторных данных ГИС
Точечные объекты. Простейший тип пространственного объекта задают точечные данные, к которым относятся не только точки, но и все точечные условные знаки. Выбор объектов, представляемых в виде точек, зависит от масштаба карты или исследования. Например, на крупномасштабной карте точками показываются отдельные строения, а на мелкомасштабной карте - города.
Особенность точечных объектов состоит в том, что они хранятся и в виде графических файлов, как другие пространственные объекты, и в виде таблиц, как атрибуты. Последнее обусловлено тем, что координаты каждой точки описывают как два дополнительных атрибута.
В силу этого информацию о наборе точек можно представить в виде развернутой таблицы или таблицы, содержащей помимо координат наборы атрибутов (идентификационные номера, тематические характеристики и т.д.). В таких таблицах каждая строка соответствует точке - в ней собрана вся информация о данной точке. Каждый столбец - это признак, содержащий типизированные данные: координаты или атрибуты. Каждая точка независима от всех остальных точек, представленных отдельными строками.
Линейные объекты. Они широко применяются для описания сетей, для которых в отличие от точечных объектов характерно присутствие топологических признаков.
Любая сеть состоит из узлов (вершин) - соединений, концов обособленных линий и звеньев (дуг) - цепей в модели базы данных.
Линейные объекты, как и точечные, имеют свои атрибуты, причем разные для дуг (звеньев) и узлов.
Атрибутами для дуг являются:
• направление движения, интенсивность движения, протяженность;
• количество полос, время пути вдоль звена;
• диаметр трубы, направление движения газа;
• напряжение в ЛЭП, высота опор;
• количество путей, уклон, ширина тоннеля, грузоподъемность и др.
Атрибуты для узла:
• наличие перехода, названия пересекающихся улиц;
• наличие автоматического регулирования перекрестков;
• тип (ручной или автоматический) перевода стрелок;
• характеристики трансформаторов ЛЭП;
• мощность компрессора.
Некоторые атрибуты (например, названия пересекающихся улиц) служат для связи одного типа объектов с другими (узлы со звеньями), другие характеризуют только участки звеньев сети.
Сети часто используют как системы линейной адресации. В этих случаях точки размещают в сети по данным о номере звена и о расстоянии от его начала. Это более удобно, чем использовать X, Y координаты точки из таблицы, поскольку такие данные непосредственно указывают положение точки в сети.
Данный подход определяет метод присвоения атрибутов отдельным участкам звеньев. При этом линейные объекты (здания, тоннели) хранятся в отдельных таблицах, а с сетью они увязаны путем указания номера звена и расстояния от его начала.
Для точечных объектов необходимо указать одно значение координат, для линейных - два (для начальной и конечной точек). Это позволяет при необходимости рассчитать X, Y координаты этих объектов и исключает необходимость дробить звенья и вводить двухвалентные узлы.
Ареалы. В настоящее время в ГИС может быть представлено несколько типов ареалов: зоны в приложении к окружающей среде или природным ресурсам, социально-экономические зоны, данные об угодьях и др.
Для ареальных объектов границы могут определяться свойством или явлением, а также независимо от явления (затем перечисляются значения атрибутов). Кроме того, границы могут устанавливаться искусственно, например для микрорайонов.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1439; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!