Úvod do problematiky gis abstrakcia reality, organiz ácia priestorových údajov v počítači

Úvod do problematiky GIS

Abstrakcia reality, organizácia

priestorových údajov v počítači

Princípy vektorovej reprezentácie

Princípy rastrovej reprezentácie

Povrchy – digitálne modely terénu

Podstata problému:

Vyriešiť reprezentáciu objektov z geosféry – geoobjektovv počítačovom prostredí

Vytvoriť digitálny model - reprezentáciu týchto objektov

Model – zjednodušenie reálneho objektu - zachovanie základných, podstatných vlatností- zložitosť, komplexnosť geoobjektov

Komplexnosť, zložitosť vyplýva z potreby uložiť, modelovať- polohu- priestorové vzťahy- atribúty, vlastnosti- dynamiku, časové zmeny

Mapa ako špecifický typmodelu

Tvorba predstavy na základe pozorovania reality

Tvorba mapy na základe predstavy

Tvorba GIS na základe mapových modelov

Proces tvorby digitálnych reprezentáci,podľa Rapanta, 1999

W M G Dreálny svet mentálne grafické digitálne

reprezentácie reprezentácie reprezentácie

W WW WM WG WDerózia pozorovanie fotografovanie senzory DPZ

M MW MM MG MDbudovanie komunikácia kreslenie klavesnica, kurzor

G GW GM GG GD??? čítanie mapy reprografia scanovanie

D DW DM DG DDNC stroje nevizuálne vizualizácia simulácie,

skúmanie dát prenos dát

Rene van den Schans, 1990:The WDGM model, a formal system view on GIS

Špecifiká priestorových údajov

Úrovne abstrakcie reality

Prístupy k spracovaniu údajov na počítači

Databázové modely

Výber štruktúr pre potreby GIS

Stratégie uloženia údajov – vývojové generácie

Definovanie polohy

Priestorová poloha – určujúca charakteristika pre všetky geoobjekty

Jednoznačné definovanie polohy – súradnicový systém

Požiadavky na spôsob definovania polohy: jednoznačnosť kvantifikovateľnosť merateľnosť – metrika

Metrika – vzdialenosť ako funkcia polohyd (s,t) > 0, ak d (s,t) = 0 potom s = td (s,t) = d (t,s)d (s,t) < d (s,k) + d (k,t)

Funkcie

Relácie

Množiny

Topologické priestoryGrafy

AlgebraickéKombinatorické

BodovéMetrické

Euklidovské

Hierarchické členenie priestorov, podľa Rapanta, 1999

Geografický S SZemské teleso

Karteziánsky S S Absolútne Kontinuálne

Kartografický S S - Rovina Globálne

Sférický grid Zemské telesoAbsolútne Diskrétne

Rovinný grid Rovina

Priame

Lokálny S S Rovina

AbsolútneInž. Siete Rovina Kontinuálne

RelatívneStaničenie Línia Lokálne

Rovinný grid Rovina Absolútne Diskrétne

Definovanie polohy

5 5 S 6 0 V

J

S

Z

X

Y

Definovanie polohy

a z im u tá ln e v a lco v é

k u žeľo v é

Definovanie polohy

Mapové projekciepodľa zobrazovacej roviny

n o rm á ln e p riečn e v šeo b ecn é

A

A’ A’

A

A’

A

a ) gn ó n om ick á b ) stereog ra fick á d ) o r tog ra fick á

A

B

Křovákovo zobrazenie - SJTSK Gauss-Krugerovo zobrazenie

a )

b )

Geometrický popis geoobjektov

Geometrické modelovanie – zjednodušovanie reality

Geometrická dimenzionalita

0D objekty1D objekty – majú dĺžku2D objekty – majú plochu3D objekty – majú objem a povrch

So zmenou mierky, úrovňou detailu sa geometrická dimenziageoobjektu v modeli môže meniť

Topológia – topologický popis- priestorové vzťahy reálnych geoobjektov,ich modelov alebo ich stavebných častí

V realite identifikované pomocou myslenia, abstrakcie,skúseností pozorovateľaPočítačové prostredie vyžaduje formalizáciu

Reálne priestorové vzťahy: spojitosť, nadväznosťorientácia, smerpriľahlosť, susednosťobsiahnutosť

Zvyčajne sa explicitne nezaznamenávajúGIS majú nástroje na ich identifikáciu

Topológia

Špeciálne chápanie v GIS – vektorová reprezentácia- vzťahy medzi stavebnými prvkami modelu

Topologická dimenzionalita

0D objekty – uzly1D objekty – spojnice, hrany2D objekty – polygóny3D objekty – telesá, povrchy

Atribúty – tématická časť popisu geoobjektov

„Atribútová dimenzionalita“

Hodnoty atribútov sú vyberané z prípustného oboru – domény

Typy domén – stupnice – mierky

Nominálne – typické kvalityPoradiaIntervalovéOrdinárnepomerné – typické kvantity

Dynamika – časová zložka popisu geoobjektov

Zatiaľ vo vývoji

Môže byť chápaná ako samostatná zložka alebo v nadväznostina predchádzajúce časti popisu geoobjektu:

zmeny polohy, veľkosti v časezmeny priestorových vzťahov v časezmeny vlastností v čase

Zatiaľ v praxi záznam o aktuálnosti – časovej platnosti




Databázové modely



. .. . .

...

Z D R O JO V ÁD O M É N A

C IE Ľ O V Á D O M É N Afu n k c ia

m o d e lo v an ia

a )

m

t m (t)

in v (m )

m (D )

b )

D AT O V Ý M O D E L

R E Á L N Y S V E T

reco rd 32 3

re co rd 32 2reco

r d 3

24

re co r d 3 2 1

reco rd 3 25 Z n ačk a p re k o n iec sú b o ru

Z n ačk a p re k o n iec z ázn am u

Š T R U K T Ú R A Z Á Z N A M U

N Á Z V YR E Ť A Z C O V

1

3..

.

....

11

1 2

1 3

111 2

1 3

97

8

78

9

0

10

222

7

8

9

xx

x

yy

yx y, x y .......,

D AT O V Á Š T R U K T Ú R A

P O LY G Ó N Y R E Ť A Z C E

...

B O D Y P R IE S E Č N ÍK Y

Úrovne abstrakcie realitypodľa Peuquet a Marble, 1990

R E Á L N Y S V E T

E x te rn ým o d e l 1



K o n ce p tu á ln ym o d e l

L o g ick ým o d e l

In te rn ým o d e l

R ô zn y u ž ív a te liam a jú rô zn e p o h ľad yn a sv e t

Úrovne abstrakcie reality podľa Laurini a Thompson, 1994

ap lik ačn é d isc ip lín y

g eo - in fo rm ačn áteó ria

in fo rm a tik a

lo g ick é m o d e lo v an ieú d a jo v

fy z ick é m o d e lo v an ieú d a jo v

k o n cep tu á ln e m o d e lo v an ie

p rie s to ro v é m o d e lo v an ie

k on cep c ia m o d elo v an ia




Databázové modely



A

B

D a tov ýsú b or 1






A p lik a čn ýp rog ram 1




V ý stu p 1

V ý stu p 1

V ý stu p 2

V ý stu p 2

S y stém r ia d en iab á zy d á t

(d a ta b ázov ýsy stém )

AGENDOVE SPRACOVANIE

DATABAZOVE SPRACOVANIE

Nevýhody agendového spracovania:redundantnosťstrata integritystrata nezávislostistrata bezpečnosti

Výhody databázového spracovania:centralizované riadenienezávislosť dát od aplikáciípriamy užívateľský prístupzníženie redundancieužívateľské pohľady na dátaprogramovací, dotazovací jazyk

u ž ív a teľ 1 . u ž ív a te ľ 2 . u ž ív a te ľ 3 . u ž ív a te ľ 4 . u ž ív a te ľ 5 .

E x te rn ýp o h ľa d




K o n c ep tu á ln a sc h é m a

In te rn á sc h ém a

u lo že n é ú d a je

F y z ick á sch ém a

L o g ick á sch ém a

D a tab áz a

ANSI SPARC architektúra




Databázové modely



Model dát - konceptuálna, pojmová organizácia údajov,spôsob popisu a manipulácie s údajmi databázy

Počítačový súbor

Položka Položka Položka Položkapriezvisko meno ročník predmet 1.

Záznam č.1. Zelený Michal 1. GIS

Záznam č.2. Slovák Ján 1. GIS

Záznam č.3. Bystrický Jozef 1. DPZ

Záznam č.1. Mokrá Katarína 1. GIS

Hierarchický datový model

Sieťový datový model

Relačný datový model

M I II I II

a c

b e

c f

d g

a b c d e f g

1 2 3 4 3 5 6

2 3 4 1 5 6 4




Databázové modely



Výhody architektúry GIS s využitím DBMS (relačného)Spôsob využitia dát nezávisí od spôsobu uloženiaSú k dispozícií automatizované nástroje na manipulácius datamiExplicitné definovanie vzťahov medzi lokalizačnýmia atribútovými údajmiLepšie riadenie integrity údajov štandardnými nástrojmiDBMS

Nevýhody Problémy s premenlivou dĺžkou záznamov lokalizačnýchúdajovKomplikovanejšia manipuláciaPotreba väzieb na grafické operáciePotreba súčasnej práce s veľkým počtom súborovZložitá ochrana údajov

1

1 0 2

2

1 0 1A rea #

Vek #

p H #

A rea #

2

1 0 1

1 0 2

1

R D B M S S o ftw areS o ftw are p re sp raco v an iep rie s to ro v ý ch ú d a jo v

p H

Vek

Fragmentácia – roztrieštenie údajov do viacerýchsúborov

S o ftw are p re sp raco v an iep rie sto ro v ý ch ú d a jo v

R D B M S k sp raco v an iua trib ú to v ý ch ú d a jo v

P rie s to ro v ád a tab áza

A trib ú to v ád a tab áza

G IS p ro g ram o v ý b a lík

A trib ú to v ád a tab áza

ex te rn á R D B M Sd a tab ázo v ý so ftw aro v ýin te rface

S o ftw are p re sp raco v an iep rie sto ro v ý ch ú d a jo v

G IS p ro g ram o v ý b a lík

P rie s to ro v ád a tab áza

a ) D B M S im p lem en to v an ý d o G IS

b ) E x te rn ý D B M S

Využitieexterného DBMS

Nevýhody relačného datového modelu pre potrebyštrukturovania geografických údajovLogické modelovanie sa vzďaľuje od konceptuálneho(údaje jedného objektu sú vo viacerých relačných tabuľkách)Zložitá reprezentácia niektorých priestorových vzťahovZložitá tvorba hierarchií objektovObjekty ako také nemajú explicitne pridelené kľúče

Výhody priestorovo orientovaného prístupuVyššia zhoda konceptuálneho a logického modelovaniaJeden objekt = jeden súborJednoduché vytváranie hierarchií, odvodzovania a dedenieObjekty sú explicitne definované - identita, štruktúra, chovanieZjednotenie manažovania polohových a atribútových údajovIntegrovaný jazyk, komunikácia pomocou správJednoduché väzby na grafikuZachovaná možnosť pracovať tradičným spôsobom

R eá ln y sv e t R eá ln y sv e t

D a ta b á za D a ta b á za

a ) R e lačn ý m o d e l

Jed e n o b jek t Ve ľa záz n am o v

b ) O b jek to v o o rien to v an ý m o d e l

(Jed n a (reá ln a ) en tita jed e n (d a tab áz o v ý ) o b jek t




Databázové modely



Vývojové generácie GIS(podľa spôsobu implementácie DBMS)

Prvá generácia – bez DBMSŠtruktúry bez atribútových súborov (rastrové)Štruktúry s jednoduchými “flat“ tabuľkami atribútov

Druhá generácia – s relačnými DBMSDuálne systémyIntegrované systémy

Tretia generácia – s postrelačnými systémamiRozšírené relačné systémyObjektovo orientované systémy

Stratégia I. Druhá vývojová generácia GIS, Duálne systémy, podľa Raper, 1993

Stratégia II. Druhá vývojová generácia GIS, Integrované systémy,podľa Raper, 1993

Stratégia III.Tretia vývojová generácia GIS, podľa Raper, 1993

Úvod do problematiky gis abstrakcia reality, organiz ácia priestorových údajov v počítači

Documents