Операции с пространственными данными

Функциональные возможности. ГИС в целом выполняет пять основных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Географические изображения для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде напрямую, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо с помощью дигитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет географическую привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики этих объектов или элементов имеют ссылку на местоположение. Понятно, что число и разнообразие свойств и характеристик зависит только от потребностей пользователя (и возможностей, конечно). Любая информация, которая содержит прямые или косвенные сведения о названиях, географических или других координатах, ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ, номер участка, километровый столб и т. п., может быть включена в ГИС. Средства манипулирования представляют собой различные способы преобразования и выделения данных, например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных, где для связывания таблиц служат общие поля. Запрос и анализ в ГИС можно выполнять на разных уровнях сложности: от простых вопросов - где находится объект и каковы его свойства (для чего нужно просто щелкнуть по объекту мышью), до поисков по сложным шаблонам и сценариям вида "а что если...". Очень важны в ГИС средства анализа близости и наложения объектов. Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например, выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от автодороги). (рис. 4.1.) Второй - позволяет рассчитывать пересечение, объединение и другие сочетания двух и более площадных объектов, расположенных в разных тематических слоях

(так называемые оверлейные операции).

Рис. 4.2. Выделение буферных зон вокруг заданных объектов

Результаты наложения можно просто отображать на экране или же создавать новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки и анализа пространственных данных является карта, которая легко дополняется отчетными документами, трехмерными изображениями, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими мультимедийными средствами. Кроме базовых операций, ГИС имеет и специальные группы функций, реализующих задачи прокладки маршрута, поиска кратчайших расстояний, пространственной статистики и т. д. По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные ГИС-пакеты широкого применения; полнофункциональные системы и ГИС уровня предприятия (корпоративные системы).

Принцип работы SDE

SDE представляет собой сервер пространственных данных, то есть продукт, предназначенный для расширения возможностей обыкновенной реляционной базы данных типа Oracle, Informix, Sybase, DB2 или SQL Server и позволяющий одновременно хранить в единой базе картографическую и атрибутивную информацию, делать пространственные запросы и первичный пространственный анализ. SDE не является в строгом смысле слова сервером, он выступает в роли посредника между клиентом и реляционной СУБД.

Рис. 4.3. Структура SDE

Задача SDE - принять запрос клиента на выдачу пространственных данных, перевести запрос на понятный серверу язык SQL, согласовать клиентскую и серверную задачу и передать клиенту результат выполнения запроса. Взаимодействие клиента и сервера можно продемонстрировать на примере определения площади участков земли, попавших в некоторую буферную зону вокруг рек:

· клиент посылает запрос на сервер;

· сервер отправляет векторную карту выбранных рек клиенту;

· клиент строит буферные зоны вокруг выбранных рек и отправляет построенные зоны обратно на сервер;

· сервер выбирает участки, которые попадают в указанные границы или пересекаются буферными зонами, и отправляет их клиенту;

· клиент режет участки границами буферных зон, вычисляет площади образовашихся участков и выводит полученные объекты на экран.

Пространственные данные в SDE представляются слоями и хранятся как совокупность трех основных таблиц: бизнес-таблицы, в которой хранится атрибутивная информация, таблицы объектов, в которой размещаются координаты объектов, и таблицы пространственного индекса. Все они связаны по одному общему полю - идентификатору объекта. Каждый географический объект занимает одну строку в таблице: в бизнес-таблице - строка атрибутов, в таблице объектов - строка с координатами. Кроме того, в SDE существуют еще две вспомогательные таблицы - таблица слоев и таблица версии, в которых хранится информация о слоях. Пользователь напрямую может работать только с бизнес-таблицей. Все остальные таблицы являются служебными.

Ключевой в SDE является таблица пространственного индекса, позволяющая оперировать огромным объемом пространственных данных, быстро выполнять запросы и оперативно отображать требуемую информацию. Пространственный индекс представляется в виде регулярной сетки, в ячейках которой хранятся идентификаторы объектов, попадающих внутрь ячеек. Он организован таким образом, что позволяет быстро и эффективно производить поиск объектов, удовлетворяющих заданным пространственным критериям, без просмотра всех объектов слоя.

Рис. 4.4. Принцип работы пространственного индекса