![]() |
|
Všechny jevy a objekty materiálního
světa jsou rozmístěny v prostoru a odehrávají se v prostorové závislosti
na jiných jevech a objektech. Mnohé druhy úloh jsou bez zohlednění prostorové
povahy materiálního světa neřešitelné. Informační systémy, které do svého
obrazu světa zahrnují tento aspekt se nazývají Geografické informační systémy
(GIS).
Problematika GISů dnes
tvoří samostatný vědní obor jak to ukazuje řada specializovaných časopisů,
mezi nimi IJGIS,GIS World,GIS Europe atd. Vycházejí monografie, pořádají
se konference a semináře a setkání uživatelů. Pro tuto disciplínu je charakteristický
průnik problematiky patřící do "počítačové grafiky a zpracování obrazu"
a problematiky "databázových systémů".
Přes velkou různorodost mají tyto aplikace něco společného. Z toho lze vyvodit jednu z obecnějších definic GIS a to že:
Komponenty tvořící GIS
GIS je komplexní informační
systém. Funkce GISu s jejich návaznostmi se v "klasické" literatuře zobrazují
následujícím způsobem:
Získávání dat Prostorová data je možná pořizovat primárně (přímou tvorbou, GPS, měřením) nebo sekundárně (digitalizací existujících najčastěji mapových podkladů nebo výkresové dokumentace). Digitalizace se provádí buď na digitizéru nebo nad nascanovaným obrazem (postup se dá urychlit poloautomatickou nebo v některých případech automatickou vektorizací). Při získávání dat je pro
GIS je typická digitalizace existujících podkladů (na rozdíl od CAD systému
kde se objekty "tvoří").
Import dat Standardních formátů použitelných pro výměnu prostorových dat existuje řada (SIF, IGES, IGDS, DXF). Řada formátů byla vytvořena specielně pro potřeby přenosu dat do GISů (DLG,TIGER,SDTF). Import neprostorových
dat je většinou méně náročný a postačí formáty ASCII, DBF atd.
Kontrola Pořízená data je většinou
nutné kontrolovat a upravovat. Typické je nalezení a zobrazení chyb jako
jsou: přetahy, nedotahy, nežádoucí průsečíky, chybějící identifikátory
polygonů, chyby v hodnotách popisných atributů atd.
Transformace, čištění dat Důležitý předpoklad další
práce s pořízenými daty je jejich transformace do uvažovaného souřadného
systému. Běžně se provádí afinní transformací. Pro zesouladění dvou pořízených
množin prostorových dat je někdy potřebné provedení transformací vyšších
řádů (rubber sheeting). Např. se používá pro přibližné zesouladění leteckého
snímku a podkladové mapy.
Prostorová databáze Kvalitu datového modelu lze hodnotit těmito základními kriterii:
Manipulace Systémy musí umožnit manipulace
s prostorovými daty jak na úrovni jednotlivých entit, tak i na úrovni množin
entit. Množinové operace zahrnují "vyříznutí","vlepení", "vymazání" , "spojení",
"prostorové spojení", "tvorba obálek", "selekce" a jsou pro GIS stejně
nezbytné jak jejich jednodušší ekvivalenty v tradičních databázových systémech.
Mezi speciální manipulační prostředky patří prostředky pro generalizaci
tvaru prvků, agregování prvků, geometrické zesouladění tvaru (conflation)
atd.
Dotazy, analýzy Základní analýzy a ad hoc dotazy je možné provádět kombinacemi manipulačních operací nad databází. Některé systémy mají implementované rozšíření SQL o prostorové operace. Pro analýzy bývají implementovány některé speciální operace, jako je tvorba obálky, které umožňují analýzy typu spatial-search, spatial-proximity. Další analytické prostředky
jsou stavěny na aparátu rastrového modelování, na aparátu grafů (využití
při hledání nejkratší cesty, alokace zdrojů ...), na simulacích metodou
Monte-Carlo, na testování prostorových korelací atd.
Prezentace, vizualizace Data spravovaná GIS mohou být presentována různými způsoby. Nejčastěji ve formě map, grafů, tabulek. Pro GIS je typická koncepci
v níž mapa (nebo výkres) je virtuálním zobrazení části obsahu prostorové
databáze. Stejnou databázi je možné vizualizovat různými způsoby podle
konkrétní potřeby bez toho, že by se její obsah databáze musel měnit. Popis
grafického zobrazení prvku není součástí geografického prvku, ale stanovuje
se předpisem.
Prostorové databáze
Klíčovou ideou GIS je
integrace prostorových dat charakterizujících tvar, rozměry, umístění v
prostoru, a deskriptivních dat, které popisují libovolné další vlastnosti.
Z pohledu databázových technologií je GIS databázový systém umožňující
modelovat realitu pomocí prostorových a neprostorových entitních typů a
prostorových a neprostorových vztahů.
Reprezentace prostor. dat v počítači Prvním krokem vytvoření počítačového modelu části reality je identifikace určitých druhů entit resp. objektů. Pokud mají prostorový charakter je nutné zvolit jejich prostorovou reprezentaci. Tato reprezentace musí být aproximovaná do diskrétního prostoru počítače. Z důvodů efektivity se místo křivek v oblasti GIS používají lomené čáry. Přesnost reprezentace souřadnic a přesnost výpočtů je limitovaná konečnou numerickou přesností počítače. Vzniklý diskrétní model je nutné vhodným způsobem dále transformovat do počítačové reprezentace v lineární paměti počítače. K tomu se používají různé datové struktury. Pro ukládání a manipulaci s prostorovými daty byla vyvinuta celá řada modelů. Jejich hlavní rozdělení je na vektorové a rastrové modely. Vektorový model zrcadlí takové chápání reálných objektů v prostoru, kdy objekty samy definují prostor který zaplňují, a prostor mimo ně definovaný není. Rastrový model je založen na jiném pojetí. Prostor v něm je definovaný jako kontinuum, ve kterém objekty zaujímají určité místo. Zdá se, že ani jeden těchto způsobů popisu není pro univerzální použití vhodný. Moderní systémy nejčastěji vektorový a rastrový model těsně integrují. Pro vektorově reprezentované
prostorové prvky je typické, že jejich reprezentace v počítači je intenzionální,
tzn. v databázi nejsou popsané všechny polohy bodů, které tvoří např. úsečku,
ale pouze informace (x1,y1,x2,y2) na základě níž je možné úsečku generovat.
Pro běžné databáze je typické, že se v nich nacházejí data extenzionální.
Rozdíly mezi běžnou databází a prostorovou databází:
P1: Geometrická, topologická a popisná data (atributy) musí být ukládány v jednom databázovém systému. Každý druh atributů vyžaduje specifickou datovou strukturu. Všechny tyto datové struktury by však měli být úzce integrovány jednotným prostředí. P2: Datový model musí mít dobré vlastnosti pro implementaci základních prostorových operací P3: Datový model by měl podporovat možnost ukládání dat s různou mírou detailu. Podle potřeb uživatele je pak použita odpovídající reprezentace. (souvisí s automatickou generalizací) P4: Datový model by měl podporovat organizaci entit po vrstvách - je to osvědčený organizační princip v GIS aplikacích P5: Datový model by měl být
dynamický a zůstávat i po provedení aktualizací stejně výkonný (automaticky
balancované datové struktury)
Datové struktury vhodné pro ukládání prostorových dat Typickým požadavkem na prostorovou databázi je tzv. rozsahový dotaz (range query). Jde o to nalézt (a např. vykreslit) všechny prvky které se alespoň částí nacházejí uvnitř obdélníku, daného souřadnicemi bodů x1,y1 a x2,y2. Klasické učebnice programování (např. Knuth) se o vhodné struktuře, která by efektivně řešila tento dotaz nezmiňuje, i když problém samotný problém zmiňuje. Datová struktura musí být více-dimenzionální. Během posledních (asi 15-ti let) byla publikována řada struktur vhodných pro ukládání resp. indexaci prostorových dat. Mezi ně patří např.: |
![]() |
[GISelPro Tour] [ProMIS] [UrbanIS] [Extenze ArcView] |