АНАЛИЗ ВЕКТОРНЫХ МОДЕЛЕЙ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В СФЕРЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

С развитием науки и увеличением скорости технологического прогресса открылись новые возможности изучения нашей планеты и более удобного и доступного отображения больших объёмов информации, связанной с науками о Земле.

Для начала рассмотрим основное понятие географическая информационная система или геоинформационная система (ГИС) — информационная структура, обеспечивающая совокупность данных их безопасное хранение, анализ и изображение пространственных данных. Около половины информации, используемой специализированными организациями в сфере ГИС, составляют географические и пространственные данные. ГИС программы нового поколения увеличили область применения карт, используя удобный метод хранения данных в виде отдельных тематических слоев и совершенно отдельных качественных характеристик в базе данных. Такой вид работы с данными существенно увеличивает возможности их максимального использования. «Модели пространственных данных отражают логические правила формализованного цифрового описания объектов реальности как пространственных объектов. Из цифровых представлений пространственных данных (которые и принято называть моделями пространственных данных) состоит база данных любой ГИС. Традиционно различают базовые модели пространственных данных: векторные модели (векторные топологические и нетопологические модели), растровые модели и регулярно-ячеистые модели, формально схожие с растровыми» [3]. Таким образом увеличивается мощность и скорость выполняемых работ. Большое разнообразие базовых моделей этих данных имеет свои многочисленные плюсы и свободный большой выбор в отображении визуальных данных.

Совокупность векторных данных более подробно и наглядно отображает информацию о географическом пространстве, напоминая обыкновенную бумажную карту. Векторные модели — это модели географических объектов, представленные координатными парами. Принято различать два вида векторных моделей: векторные нетопологические и векторные топологические. В векторной нетопологической модели пространственная информация о географических объектах представляется наборами элементарных графических примитивов — точек, линий, областей (полигонов). Семантическая подробная информация (непозиционные свойства) передаётся определенными условными пометками (символами и цветом) и надписями (например, название улицы, этажность дома и т. д.). «Векторные модели широко применяются в системе автоматизированного проектирования. Они строятся в основном на векторах, занимающих одну из частей какого-либо пространства, в отличие от занимающих всё полное пространство растровых моделей» [4]. Это отображает их основной плюс — на порядки меньший объём памяти для хранения и более малые затраты времени на обработку и представление, а главное — высокая точность позиционирования и представления данных. Высокая точность отображения данных является одним из основных показателей, по которому можно сравнивать те или иные виды и структуры данных. При построении векторных моделей объекты создаются способом соединения точек прямыми линиями, дугами окружностей, полилиниями. Объекты площадного типа задаются совокупностями линий. Каждое векторное образование в цифровом виде отображается координатными парами точек X, Y. При описании совокупности полигонов каждый отрезок границы, заключённый между двумя узловыми точками (за исключением внешней границы полигонов), будет описан в этом случае дважды (по и против часовой стрелки). Эта модель данных, описывающая точечные, линейные и полигональные объекты называется «спагетти» (рисунок 1). «Она не является эффективной с точки зрения неизбыточности хранимых данных и возможностей использования аналитических операций ГИС и поддерживается недорогими программными средствами настольного картографирования и ГИС. В данной модели пространственные отношения между объектами (топология), например, такие, как положение смежных областей, — подразумеваются, а не записываются в компьютер в явном виде. И все отношения между всеми объектами должны вычисляться независимо» [2]. Результатом отсутствия такого явного описания топологии является большая дополнительная вычислительная нагрузка, которая делает сложным измерения и анализ. Но так как спагетти-модель похожа на бумажную версию карты, она может быть эффективным методом картографического отображения и часто используется в компьютеризованной картографии, где анализ не главная цель.

Рисунок 1. Спагетти модель векторных данных

Векторная топологическая модель происходит от задачи описания полигональных объектов. По-другому её называют линейно-узловой моделью. С ней имеют связь особые термины, показывающие её структуру. В отличие от спагетти-модели топологические модели (рисунок 2) содержат топологическую информацию в явном виде. Топологическая информация служит для поддержки разного рода аналитических программ. «Топологическая модель данных объединяет решения некоторых из наиболее часто используемых в географическом анализе функций. Это обеспечивается включением в структуру данных информации о смежности для устранения необходимости определения её при выполнении многих операций» [4]. Исходя из вышеперечисленного нельзя не заметить преимущества векторных моделей от растровых. Наличие компактной структуры и качественной графики ставит векторные данные далеко вперед, в области использования и функционирования. Для изображения пространственных объектов на карте растровая модель данных представляется в виде плоскостных перечислениях, а векторная модель характеризуется отображением каких-либо границ объектов. Еще один из плюсов векторных данных проявляется в простоте изображения пространственных объектов, обладающих сложной конфигурацией.

Рисунок 2. Векторная топологическая модель

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Ежегодно человечество покоряет всё новые вершины научно-технического прогресса. Что было невозможным сегодня, завтра уже приобретает повседневный характер — перед нами открываются новые безграничные возможности изучения старых вещей и понятий абсолютно по-новому. Старые бумажные носители информации постепенно становятся не актуальными, и в недалеком будущем они будут простым напоминанием того, с чего всё начиналось. Осваивая новые высоты, наше поколение открывает двери в будущее уже сегодня. Развитие ГИС-технологий придаёт уверенность в стабильности изучения поверхности нашей планеты для отображения её на цифровых планах и картах, а также построении моделей рельефа. Новые методы и способы отображения информации о земной поверхности упрощают интерфейс пользования такими данными. Как говорит известный современный американский писатель Чак Паланик: «Твоё завтрашнее будущее окажется непохоже на вчерашнее» [5]. С новыми методами и технологиями отображения и обработки векторных данных есть шанс изучить и освоить информацию, которая была не доступна ранее.

Список литературы:
1.    Географические информационные системы. Общие сведения — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=536299 (дата обращения 15.12.2013).
2.    Конспект лекции по предмету ГИС — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://netess.ru/3knigi/1209688-1-konspekt-lekciy-predmetu-gis-geodezii-sostavitel-shnitko-konspekt-lekciy-obschie-svedeniya-geoinformacionnih-sistemah-po.php (дата обращения 19.11.2014).
3.    Модели пространственных данных — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://lomonosov-fund.ru/enc/ru/encyclopedia:0142866 (дата обращения 12.11.2014).
4.    Курс лекции ГИС — [Электронный ресурс] — Режим доступа. URL: http://www.citymap.odessa.ua/?44 (дата обращения 16.11.2014).
5.    Цитаты о будущем — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.genialnee.net/themes/budushee/ (дата обращения 18.11.2014).