Модели плоских структур данных.

Модель данных - способ или правило организации данных в структуру. Пространственные данные, представляющие собой плоские структуры, могут быть организованы двумя основными способами - в виде растровой или векторной моделей.

Растровая модель - плоская структура, данные в которой организованы в виде матрицы, каждая ячейка которой имеет координаты (положение в строке и колонке, ij) и значение (данные об атрибутах или о цвете). Эта модель организации геоданных применяется в ГИС растрового типа. В ГИС векторного типа она имеет ограниченное применение при вводе данных с помощью сканера. Главной особенностью модели является то, что в каждой ячейке матрицы представлены и пространственная (позиционная), и атрибутивная составляющие геоданных.

Растровые модели различаются между собой следующими основными характеристиками: размером ячейки, пространственным разрешением, значением, разрядностью значения.

Размер ячейки - это размер участка территории, отображаемого одной ячейкой.

Разрешение- количество ячеек на единицу длины.

Значение- содержание данных, обозначаемых целыми, действительными (десятичными) числами или буквами.

Разрядность значения - количество бит или байт, отведенных одной ячейке для размещения данных. Бывают одно, восьми и 24-х разрядные модели. При описании изображений планов, карт и снимков 1-разрядная модель передает только 2 цвета, 8-зарядная - 256 оттенков, цвета 24-разрядная – более 16,5 миллионов оттенков цвета.

Векторная модель - плоская структура, данные которой представляют собой последовательности значений плоских координат, называемые вектором. Они применяются для организации пространственных данных однородных по размерности - точечных или линейных или контурных и относящихся к одному тематическому классу элементов территории в виде слоя. Главная особенность моделей: они состоят только из пространственных геоданных, описывающих размещение элементов, а атрибутивные данные этих элементов находятся отдельно в АТБ и связанны с первыми посредством общих идентификаторов. Различают две разновидности моделей данного типа: простые векторные и векторно-топологические.

Базовыми элементами простой векторной модели являются: пара координаты, х, у (при отображении - точка); две пары координат х₁,у₁;х₂,у₂ (при отображении - отрезок); последовательность пар координат (звено); замкнутая последовательность пар координат (кольцо). В соответствии с этой моделью слой, описывающий размещение точечных элементов представляет собой группу пронумерованных записей значений пар; слой, описывающий размещение линейных элементов, - группу пронумерованных последовательностей записей значений пар; слой, описывающий контуры, - группу пронумерованных замкнутых последовательностей записей значений пар. Данная разновидность модели применяется главным образом для организации геоданных точечных и линейных элементов и в меньшей степени для организации данных элементов контурного типа размещения, так как не совсем адекватно описывает контурные объекты, трудозатратна при цифровании контуров и малоэффективна для обработки и анализа данных. Трудозатратность модели заключается, во-первых, в необходимости двойного обвода границ и смежных контуров, а во-вторых, в исправлении неизбежно возникающих при двойном обводе мелких ложных контуров и других ошибок. Малоэффективность модели заключается в том, что к ней неприменимо мощное геоинформационное средство анализа слоев, называемое оверлеем. Для исключения двойного обвода границ контуров и возникающей при этом ложной информации существует вариант простой векторной модели, с помощью которой контур представляется в виде образующей кольцо последовательности звеньев. В этой модели значения координат конечных точек смежных звеньев для образования из них замкнутых колец должны находиться в заданных пределах. Такую модель из звеньев называют «спагетти». Она хотя и менее трудозатратна при цифровании контуров, чем первая модель, тем не менее по другим характеристикам они практически не отличаются. Поэтому для организации геоданных, более полно описывающих контурные объекты, применяют векторно-топологическую разновидность модели, в устройстве которой кроме координат используются топологические отношения инцидентности и смежности, а также направление (слева, справа).

Базовыми элементами векторно-топологической модели являются: пара координат, которая одновременно является местом соединения смежных цепей и полигонов – узел; последовательность пар координат, соединяющая два соседних узла и два смежных полигона – цепь; замкнутая последовательность цепей – полигон. В зависимости от полноты идентификации базовых элементов данная разновидность векторной модели подразделяется на полную и неполную. В полной модели идентифицируются все элементы- и узлы, и цепи, и полигоны, а в неполной- только цепи и полигоны. Граница контура в топологической модели описывается строго в одном направлении: от начального узла к конечному, при этом учитываются соседние полигоны, находящиеся слева и справа от цепи. Контурные структуры территории в векторно-топологическом представлении описываются в виде ориентированного двухмерного графа, состоящего из 0-1- и 2-мерных ячеек. Теоретической основой топологической составляющей этой модели являются алгебраическая топология и теория графов. Примеры записей, описывающих сеть из трех контуров А,В,С в трех вариантах модели и графических отображений этих записей показаны на рисунке 3.2.1. .

а) векторно-кольцевая модель:

б) векторная модель «спагетти»:

в) векторно-топологическая модель: