-
Ce este Cartografia computerizata?
- Computer Aided Design (CAD)Programe de calculator cu
capabilitati in inginerie si
arhitectura
- Computer Aided Mapping (CAM)Sistem automat de generare,
actualizare si
vizualizare a hartilor
Un Sistem Informaional Geografic (SIG), este o unealt de
cartografiere bazat pe
computer care analizeaz fenomenul geografic, daca exist, mpreun
cu evenimentele precedate
de acesta. Tehnologia SIG integreaz operaii comune cu baze de
date, interogri i analiz
statistic, cu beneficii unice de vizualizare i analiz geografic
oferit de hart.
SIG este acronimul denumirii n limba englez a Sistemelor
Informaionale Geografice:
Geographic Information Systems sau SIG (SUA), Geographical
Information Systems (Marea
Britanie, Australia Canada) Geographic Information Science
(academic).
SIG definitii
Definiia 1: n sensul cel mai strict, un SIG este un sistem
informatics capabil sa culeag,
depoziteze, manipuleze i s afieze informaii geografice de
referin, adic date identificate n
funcie de locaiile lor.
Definiia 2: SIG este un sistem integrat de hardware, software i
personal instruit care
unete date topografice, demografice, utilitare, imagine i alte
resurse de date, care au puncte
geografice de referin.
SIG a evoluat dintr-o lung tradiie a omenirii de a realiza hrti.
n multe privine un SIG
crete semnificativ cantitatea de informaii care pot fi coninute
i manipulate ntr-o hart iar
multe dintre conveniile cartografice se aplic la hrile
digitale.
O istorie detaliat a SIG-ului nu poate fi facut, deoarece
tehnologia
SIG a evoluat pe multiple domenii paralele, aplicaii separate i
numeroase discipline conexe.
Dezvoltarea fiierelor GBF-DIME de ctre US Census Bureau n anii
1960 a marcat
adoptarea pe scar larg a sistemelor de cartografiere digital de
ctre guvernul SUA.
Acest sistem a dus la producerea fiierelor Census TIGER, unul
dintre
cele mai importante seturi de date socio-economice spaiale n
folosin
-
i astzi. Progrese importante n lucru cu date geografice se fac n
universiti din ntreaga lume
n anii 1950 i 1960.
Un program de cartografiere bazat pe reea numit SYMAP, dezvoltat
la Laboratory for
Computer Graphics and Spatial Analysis la Harvard Graduate
School of Design n 1966, a fost
distribuit pe scar larg i folosit ca model pentru sistemele de
mai trziu.
Anii 1960: -Canada Geographic Information System (CGIS) dezvolt
aplicaii de inventariere a
teritoriului naional cu multe elemente de SIG;
-Harvard Lab for Computer Graphics and Spatial Analysis dezvolt
software pentru
manipularea datelor spaiale;
-US Bureau of Census dezvolt formatul de date DIME;
-se nfiineaz ESRI.
Anii 1970:
-Canada Geographic Information System (CGIS) este deplin
operaional (i este i n
prezent);
-primul satelit Landsat este lansat;
-USGS ncepe Geographical Information Retrieval and Analysis
System (GIRAS) pentru
gestionarea i analiz, cu baza de date de resurse i formate de
date DLG (Digital Line Graph);
-se nfiineaz ERDAS;
-este dezvoltat ODYSSEY SIG (primul vector SIG de ctre Harvard
Laboratory for
Computer Graphics and Spatial Analysis);
-este dezvoltat Map Overlay and Statistical System (MOSS) un
soft bazat pe interograrea
datelor vectoriale, dezvoltat de U.S. Department of
Interior.
Anii 1980:
-Richard Stallman lanseaz proiectul GNU (1983);
-ESRI lanseaz ARC/INFO;
-GPS devine operational;
-US Army Corp of Engineers dezvolt GRASS;
-se nfiineaz MapInfo;
-primul satelit SPOT este lansat;
-
-ncepe proiectul IDRISI;
-apare SPANS SIG (SPatial ANalysis System);
-se nfiineaz n SUA National Center for Geographic Information
and Analysis
(NCGIA);
-se dezvolt formatul de date TIGER;
-ncepe dezvoltarea librariei PROJ4;
-Richard Stallman lanseaz proiectul GPL (1989);
Anii 1990:
-Eric Raymond propune i se adopt noiunea de open source;
-ESRI produces ArcView i ARCGIS;
-ncepe dezvoltarea GDAL/OGR. Suportul pentru Python a fost
adaugat
n 2000;
-GRASS SIG codul surs trecut de la gestionarea manual n CVS;
-proiectul UMN MapServer(1995) i cu suport Python (2000);
Anii 2000:
-Atlantis Scientific lanseaz proiectul OpenEV;
-OSSIM revizuirea iniial n CVS;
-ncepe proiectul PostGIS;
-GeoNetwork opensource ncepe ca GeoNetwork, mai tarziu
redenumit
n GeoNetwork opensource;
-Intevation Gmbh. ncepe proiectul Thuban;
-Quantum SIG revizuirea initial n CVS;
-AVPython pentru ArcView 3.x este publicat la FOSS;
-ncepe Community MapBuilder iar sfritul oficial pentru
proiectul
MapBuilder este n 2008;
-se lanseaz Mapbender sub licen GNU GPL;
-ncepe proiectul gvSIG;
-ncepe MapGuide Open Source;
-Mapbender se dezvolta n CVS;
-ncepe proiectul OpenLayers;
-GRASS SIG ruleaza nativ i n MS-Windows;
-
-se nfiineaz Open Source Geospatial Foundation (2006)
Componentele unui SIG :
Componenta Hardware
-este reprezentat prin sistemul
de calculator pe care SIG opereaz. Soft-urile SIG ruleaz pe o
gama larg de tipuri hardware, de
la servere pn la staii de lucru n mod stand-alone sau
configurate n retea .
Componentele centrale sunt staia de lucru i echipamentele
auxiliare periferice (GPS,
data logger, senzori, camere web, etc). Utilizarea device-urilor
high-tech n teren reprezint o
unealt SIG important de colectare, la fel ca i serverele SIG
web-based (Ex: MapServer).
Componenta Software
-conine uneltele i funciile necesare pentru stocarea, analiza i
afiarea informaiilor
geografice. Este reprezentat de pachetele de aplicaii SIG (QGIS,
GRASS, OpenJunp, Saga,
Ossim, Udig, gvSIG, ArcView, ArcGis, etc.), necesare pentru a
creea, edita, i analiza datele
spaiale i cele tip atribut.
Componenta Date
-este cea mai important dintre componentele unui SIG. Datele
geografice, pot fi colectate, compilate dup diverse specificaii
i cerinte. Un
SIG poate integra datele spaiale cu alte resurse de date externe
stocate la
fel stocate n baze de date. Stocarea datelor, spaiale i datelor
tabulate,
ntr-o baza de date este cheia funcinalitii unui SIG. Baza de
date
geografic se refereniaz ntr-un anumit mod la locaii de pe
suprafaa Pmntului.
Componenta Personal
-are o valoare dinamic fiind dependent de p r e g a t i r e a
personalului n analiza
spaial i n utilizarea de software SIG. Gama de utilizatori SIG
pornete de la specialitii care
proiecteaz i menin sistemul, la cei care il folosesc n munca de
zi cu zi pn la beneficiarii
(guvern, agenii, consilii locale). Cei din urm iau decizii i
elaboreaz politici, beneficiarul real
este n majoritatea cazurilor societatea civil.
Componenta Metode i Proceduri
-
-arat SIG opernd n strns concordan cu reguli i planuri de
implementare. Acestea
reprezint modele i proceduri de operare unice. Maniera n care
sunt introduse, stocate i
analizate datele n cadrul unui SIG trebuie s reflecte modul n
care vor fi utilizate ulterior
informaiile n cadrul unei activiti de cercetare sau n luarea
unei decizii.
David Andes pe GISLounge vine cu propunerea adugarii celei de a
VI-a component,
cea de GeoVizualizare i regndirea celor 5. Cele 6 sunt gndite
sub form de cercuri
concentrice: Nucleul (Core Geographic Ideas) alctuit din
componenta uman; Tehnologia -
alcatuit din unirea celor dou componente, hardware i software.
Vremurile n care eficiena
const n a tii o aplicaie au disparut; Datele - rmn neschimbate
ca i component; Domeniul
de specialitate (ex; militar, geologic, hidrologic, etc); Metode
i proceduri; Geovizualizarea -
se refer la prezentarea datelor beneficiarului. Aceast
prezentare a spaiului i a timpului ncepe
de la hri, grafice, i ajunge pn la simulri. n funcie de cum este
prezentat data poate avea
impact n planificare i n luarea deciziilor.
Subsistemele SIG
Subsistemul de introducere a datelor, permite utilizatorului s
captureze, colecteze i s
transforme, datele spaiale i tematice n formate digitale. Datele
introduse sunt n general
derivate din combinaii de hri, aerofotograme, imagini de
teledetecie, documente, rapoarte.
Procesul de transformare a datelor din hri n date numerice se
numete digitizare sau
vectorizare. n prezent exist deja un numr foarte mare de date n
formate compatibile SIG. Ele
pot fi obinute de la furnizorii de date i pot fi ncrcate direct,
prin intermediul internetului, ntr-
un sistem informatics geografic.
Subsistemul de stocare i recuperare a datelor, organizeaz
datele, spaiale i atribut, n forme care permit s fie recuperate
repede de utilizator pentru analiz, i permite
actualizari rapide i precise ale bazei de date. Aceasta implica
utilizarea unui DBMS (sistem de
gestiune a bazei de date).
-
Subsistemul de manipulare ia n a l i z a d a t e l o r , permite
utilizatorului s defineasc i s execute proceduri spaiale i de
atribut pentru a genera informaii derivate.
Acesta este considerat "inima" unui SIG. SIG-urile actuale
dispun de numeroase instrumente de
analiz foarte puternice, dar dou sunt n special importante
Analiza de vecintate. Dupa ce a fost construit in SIG poate
rspunde la ntrebri de tipul: Cte case se afl la o distan sub 100 m
de conducta principal de ap? Care este numrul
total al clienilor pe o raz de 10 km n jurul acestui magazin?,
tehnologia SIG utilizeaz un
procedeu numit buffering pentru determinarea relaiei de
vecintate dintre entiti.
Analiza overlay. Baza de date geografic este organizat n linii
mari pe straturi sau layer-e. Integrarea datelor din layere
diferite se face prin procedeul numit
overlay. n spatele acestei operaii simple din punct de vedere
vizual, de suprapunere a
straturilor, se a f l opera i I algebrice, operaii logice,
operaii topologice etc. Ex: Prin aceast
suprapunere sau unificare spaial pot fi integrate date despre
sol, pante, vegetaie sau proprieti
funciare cu evaluarea impozitelor.
Subsistemul de output i vizualizare, permite utilizatorului s
genereze afiri grafice,
hri, rapoarte tabulare, reprezentnd produse informaionale
derivate. n mod tradiional
hrile au fost utilizate pentru explorarea Pmntului i a
resurselor sale. Tehnologia SIG, ca o
extindere a cartografiei, a sporit eficiena i puterea analitic a
hrilor tradiionale. Prin
intermediul funciei de vizualizare, SIG-ul poate fi folosit
pentru a produce imagini - hri,
grafice, animaii i alte produse cartografice ce permit
cercettorilor s-i vizualizeze
subiectele activitii lor ntr-un mod n care nu a mai fost posibil
vreodat. Aceste imagini sunt n
egal msur de ajutor n transmiterea conceptelor tehnice SIG, unui
larg numr de specialiti.
Continutul hartilor
-reprezentarea grafica a obiectului/fenomenului (ex. pantele,
evolutia unui oras).
-alte elementele componente ale mediului (rauri, drumuri,
lacuri, localitati) impreuna cu
toponimele si hidronimele aferente. In functie de scara de
proportie se vor alege metodele de
reprezentare adecvate (punct, linie, poligon)
-elementele de continut ale hartii: titlu, scara, legenda.
-
Discipline care contribuie la fundamentarea SIG
Geografia: Principala preocupare este nelegerea lumii i a
locului pe care l ocup
fiina uman n cadrul acesteia.
Cartografiase ocup de reprezentarea informaiilor spaiale, cel
mai frecvent sub forma
hrilor.
Teledetecia pentru SIG nseamn informaii colectate de satelii,
avioane, balize i vapoare.
Fotogrammetriautilizeaz fotografiile aeriene i tehnici special
de obinere a
informatiilor pe baza acestora.
Statistica i cercetarea operaional pune la dispoziie numeroase
metode de
construcie a modelelor de calcul sau de analiz a datelor.
Statistica este important pentru
nelegerea erorilor i incertitudinilor n SIG.
Informatica aplicat ofer analistului o gam larg de metode i
instrumente software
pentru rezolvarea unor probleme specifice.
Aplicabilitatea SIG
Retele stradale
- gasirea adreselor pe strada
- rutarea i programarea vehiculelor
- analiza locatiilor pentru amplasamente
- dezvoltarea de planuri de evacuare
Retele edilitare
- localizare conducte subterane, cabluri - planificarea
ntreinerii retelelor
- urmrirea consumului de energie
Management urban
- zonarea activitatilor - achiziia terenurilor
- declaraii de impact asupra mediului
- managementul calitii apei
Gestionarea resurselor naturale
-
- gestionarea de rurilor, resurselor de recreere,
inundabile,
- zone umede, terenuri agricole, acvifere, pduri,
- analize de impactului asupra mediului
- amplasarea deseurilor periculoase sau toxice
- modelarea apelor subterane i urmrirea contaminrii
- analiza habitatului faunei slbatice si
- rutele de migraie
Modele de date SIG
Tipuri de date SIG
Sursele primare de date sunt cele colectate direct n format
digital (ex. imagini
satelitare)
Sursele secundare sunt seturi de date analogice care au fost
iniial capturat
pentru un alt scop care trebuie transformate n format digital
(ex. harta topografica).
Date spatiale de referin - este reprezentate de date geografice
spatiale
Tabele de atribute - sunt reprezentate n format tabular
Date spatiale de referin
Formatul vectorial
- Modelul de date TIN (Triangulated Irregular Network)
- Formatul de date raster (grid-celul)
- Formatul de date tip imagine (pixel)
Formatul vectorial
Formatul de date vectorial reprezint complexitatea realitatii
mediului nconjurtor prin
combinaii de puncte i linii, linii care se pot unii i forma
poligoane, simplificnd reprezentarea
de forme complexe sau caracteristici liniare.
-
Majoritatea programelor SIG se bazeaz pe tehnologia vectorial -
reprezint cea mai
complex metod de salvare a coordonatelor, atributelor,
structurii de date i vizualizrii
informaiilor geografice.
Toate modelele de date sunt concepute s stocheze locaia spaial a
trsturii geografice
ntr-o baz de date. Stocarea vectorial implic utilizarea
vectorilor (linii direcionale) n
reprezentarea unei trsturi geografice.
Exista dou modele principale de date vectoriale:
Non-topologic (Modelul Spaghetti) 1
Topologic. 2
2: Data vectorial care a fost creat fr topologie este meionat ca
Spaghetti pentru
motivul c este alctui dintrun ir de linii neconectate ntre
ele.
Modelul de date Spaghetti are cea mai simpl structur de date,
astfel c fiecare
entitate de pe o hart devine o nregistrare logic n fiierul
digital i este definit ca un ir de
coordonate x,y.
Caracteristici:
punctele sunt codificate ca o singur pereche de coordinate
x,y;
liniile sunt codificate ca un ir de perechi de coordonate x,y
(verteci);
poligoanele sunt codificate ca o bucl nchis de coordinate x,y
care ii definesc limita. Limita
comun ntre poligoanele adiacente trebuie nregistrat de doua ori,
odat pentru
fiecare poligon.
1: Datele vectoriale sunt caracterizate de utilizarea
punctelor
secveniale sau verteci n definirea unui segment liniar. Fiecare
vertex este
alctuit dintr-o coordonat X i o coordonat Y.
Trsturile punctului sunt definite de o pereche de coordonate
(x,y),
adic un vertex.
Datele vectoriale sunt caracterizate de utilizarea punctelor
secveniale sau verteci n
definirea unui segment liniar.
Fiecare vertex este alctuit dintr-o coordonat X i o coordonat
Y.
-
Liniile vectoriale sunt numite arce (linii) i sunt alcatuite din
iruri de verteci
terminai printr-un nod. Un nod este definit ca fiind un vertex
care ncepe i termin un segment
de arc.
Trstura poligonal este definit de un set nchis de perechi de
coordonate.
Punctele reprezint obiecte prea mici pentru a putea fi descries
prin linii sau poligoane.
Exemple: stlpi de nalt tensiune, copaci, fntni, locuri unde se
petrec diverse evenimente
(accidente rutiere, infraciuni) precum i obiecte care nu au
suprafa vrfurile munilor). Tot
prin puncte mai pot fi reprezentate locul de desfurare a unor e
v e n i m e n t e ( a c c i d e n t e
, i n f rac i uni ) . Punc t e l e s e reprezint utiliznd
diverse simboluri grafice punctuale i pot fi
nsoite de texte explicative.
Liniile(arce) reprezint obiecte liniare prea nguste pentru a
putea fi descrise prin
poligoane. Exemple: drumuri, cursuri de ap, curbe de nivel.
Liniile se reprezint utiliznd
diverse simboluri grafice liniare i pot fi nsoite de texte
explicative.
Poligoanele sunt suprafee nchise reprezentnd forma i poziia
obiectelor omogene. Exemple: lacuri, uniti administrative,
parcele, tipuri
de vegetaie. Poligoanele se reprezint utiliznd diverse simboluri
grafice
liniare pentru contururi, simboluri grafice de hauri pentru
interior sau culori
i p o t f i n s o i t e d e t e x t e explicative.
Topologia GIS reprezint un set de reguli i comportamente prin
care
modelul i mparte geometria punctelor, liniilor i
poligoanelor.
Identificm n relaiile topologice elemente de:
conectivitate (indic obiectele spaiale conectate unele cu
altele),
proximitate (indic obiectele spaiale apropiate unele cu
altele),
direcie relativ (indic poziia relativ ntre obiectele
spaiale.),
vecintate (indic obiectele spaiale care se nvecineaz cu
altele)
i includere (obiectele spaiale coninute de un poligon).
Avantaje
datele pot fi reprezentate la rezoluia i forma original fr
generalizare;
output-ul grafic este estetic (ca n reprezentarea
cartografic
tradiional);
-
majoritatea datelor sunt n forma vectorial i nu este necesar
nici o
conversie;
este meninut precizia locaiei geografice a datelor;
permite codificarea eficient a topologiei (proximitate, analiz
de
reea).
datorit tehnicii de stocare analiza datelor este usor de
programat i
de executat.
Dezavantajele:
locaia oricarui vertex necesit o stocare explicit; n analiz
efectiv, data vectorial necesit conversie ntr-o structur topologic;
topologia este static i orice actualizare sau editare a datei
vectoriale necesit
reconstruirea topologiei;
algoritmii, pentru funciile de manipulare i analiz, sunt
compleci i necesit procesare intensiv;
manipularea intensiv limiteaz funcionalitatea pentru seturi mari
de date (cu numr mare de trsturi);
datele continue, cum ar fi datele de elevaie, nu sunt
reprezentate efectiv n forma de vector; sunt necesare date
generalizate i interpolate pentru aceste strate de date;
analiza spaial i filtrarea n cadrul poligoanelor este
imposibil.
Exemple: SHP strazi
Surse de date vectoriale: harta topografica, curbe de nivel
vectorizate, GPS
Formatul raster
Ce este?
Modelul de date raster ncorporeaz utilizarea structurii de date
gridcelul,
unde zona geografic este mparit n celule identificate prin rnd i
coloan.
Formatul de date raster reprezint realitatea ca o tabl de ah.
Fiecare
patrat (celul raster), acoper o suprafa geografic i are un
atribut asociat cu el. Celula raster
reprezint cea mai mic unitate geografica care poate fi
reprezentat ntr-un raster, i este
cunoscut ca unitatea minim de hart.
Ca i modelul de date vectorial, modelul de date raster poate
reprezenta discret trsturi
tip punct, linie i poligon.
-
O trstur tip punct este reprezentat ca o valoare ntr-o singur
celul; o trstur
liniar este reprezentat ca o serie de cellule conectate care
arat lungimea; o trstur tip
poligon este reprezentat ca un grup de celule conectate nfind o
form.
Rezoluia este detaliului cu care o hart reprezint locaia i forma
trsturii geografice
(o scar mare a hrtii ofer o rezoluie mare rasterului).
Odat cu micorarea scrii, rezoluia se diminueaza iar limitele
trsturilor (ex: conturul
unui obiect) trebuie sa fie simplificate sau chiar pot disparea,
multe dintre areale pot fi
reprezentate ca i puncte (ex: orae).
Rezoluia - avantajele i dezavantajele marimii celulelor
Aplicarea valorilor ntr-un raster se poate face n dou moduri: n
mijlocul celulei raster
sau pe ntreaga suprafaa a ei. Pentru tipurile de date la care
valoarea se aplic n centrul celulei,
aceasta reprezint o valoare masurat n punctul central al celulei
(ex: modelul de elevaie).
Utilizarea formatului raster n analiza geografica impune
parcurgerea mai multor etape,
plecand de la generarea modelului numeric altitudinal pn la
extragerea anumitor indici:
culegerea datelor
generare (construcia modelului) extragerea datelor eseniale
n
construcia modelului i crearea unor legturi ntre aceste date
(interpolare)
Pentru a caracteriza din punct de vedere geomorfologic o suprafa
este nevoie de
identificarea unor componente principale. Pe MNA se pot
identifica o serie de entiti
geomorfologice cum sunt suprafeele plane, canale, creste,
pasurile (trectorile), vrfuri
sau depresiuni.
Acestor elemente principale se adaug unele componente secundare
cum sunt pragurile
n albie, rupturile de pant pe versani sau eile. Din combinarea
acestora rezult suprafaa
topografic cu toat complexitatea ei.
-
n contextul analizei geomorfologice, modelul numeric altimetric
s-a impus prin cteva
aplicabiliti:
vizualizarea configuraiei suprafeei studiate n vederea
identificrii i cartografierii
unor forme de relief (suprafee de nivelare, terase, lunci,
glacisuri etc.)
determinarea i reprezentarea cartografic a unor elemente
morfometrice i
morfografice specifice (panta, expunerea versanilor, profilul
versanilor etc.);
generarea i reprezentarea cartografic a reelei de drenaj;
trasarea de profile geomorfologice;
calcularea i reprezentarea cartografic a unor indici i
indicatori.
Formetul raster avantaje
datorit naturii hrilor raster, este ideal pentru modelare
matematic i analiz
cantitativ;
sistemele grid-celul sunt compatibile cu dispozitivele
rasterembeded (teminale
grafice);
operaiile de suprapunere sunt uor i eficient de implementat;
analiza zonelor i poligoanelor este relativ uor de realizat;
Formetul raster dezavantaje
mrimea celulei, determin rezoluia la care obiectele sunt
reprezentate;
hrtile raster, prin definitie, reflect doar un atribut sau o
caracteristic pentru o zon;
procesarea datelor atribut asociate poate fi mpovrtor dac exist
seturi mari de date;
deoarece majoritatea datelor sunt n format vectorial, datele
trebuie trecute prin
conversie vector-raster.
majoritatea hrilor, rezultate din formatul raster grid-celul, nu
sunt conforme cu
necesitile de calitate i estetic cartografic;
Formetul raster exemple
DEM (Digital Elevation Model) - Format raster al USGS (US
Geological Survey)
pentru salvarea datelor de elevaie. Valoarea
celulei ntr-un DEM este reprezentat prin valoarea elevaiei
reale.
-
ECW (Enhanced Compressed Wavelet) - Format de compresie
ERMapper, optimizat
pentru imagini aeriene i satelitare.
MrSID (Multi-Resolution Seamless Image Database) Format de
compresie utilizat n
reprezentri grafice raster georefereniate (ex:ortofotoplan)
BT (Binary Terrain) - Format pentru stocarea binar a terenului n
VTP (Virtual Terrain
Project)
OBTINEREA DATELOR IN FORMAT RESTER
Metode de interpolare implementate n aplicaii open source
Ce este interpolarea?
Interpolarea este procedura de estimare a unei valori ntr-o
locaie fr msurtori,
folosind valorile msurate n punctele vecine.
Implic gsirea unei funcii f(x, y) ce reprezint ntreaga suprafa a
valorilor z
associate cu puncte (x, y) dispuse neregulat. Aceast funcie face
o predicie a valorilor z pentru
alte poziii dispuse regulat. [Niu C., 2005]
Interpolarea poate fi:
Exact (cnd modelul obinut pstreaz valoarile datelor
iniiale);
Aproximativ (cnd valoarile datelor iniiale sunt alterate);
Local (sunt luate n considerare doar valorile din punctele
vecine);
Global (sunt luate n considerare toate punctele cu valori
cunoscute).
Cu alte cuvinte interpolarea const n prezicerea valorilor
celulelor unui fiier raster pe
baza unui numr limitat de msurtori punctuale [ESRI].
Metode de interpolare
1. Triangulaia
Metod dezvoltat de Peuker i colaboratorii (1978), ce folosete
triangulaia Delaunay.
Rezultatul const ntr-o reea de triunghiuri (structur de tip TIN)
perfect
circumscrise unor cercuri, lucru ce face ca distana dintre
punctele care formeaz
vrfurile triunghiului s fie ntotdeauna minim .
Pentru fiecare triunghi se memoreaz coordonatele i atributele
celor trei vrfuri
topologia precum i panta i direcia de nclinare a suprafeei
triunghiului.
-
Triangulaia funcioneaz cel mai bine cnd datele sunt distribuite
uniform pe suprafaa ce
urmeaz a fi interpolat.
1. Metod exact ce folosete interpolarea polinomial linear sau
cubic.
1. Este indicat a se utiliza pentru seturi mari de date, fiind i
destul de rapid.
Aplicaii open source n care aceast metod este implementat:
1. QGIS (Quantum GIS);
2. SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses);
Inverse Distance Weighted (IDW)
Metoda pornete de la prezumia c influena unui punct comparativ
cu
altul descrete o dat cu distana.
1.Este un interpolator de medie exact sau aproximativ n funcie
de
parametrii stabilii de utilizator.
2. Genereaz aa-numiii ochi de taur, efectul putnd fi redus
aplicndu-se
un filtru de netezire.
3. n cazul modelrii terenului, unde exist vi i vrfuri, acurateea
este
sczut.
4. Este o metoda rapid de interpolare.
Aplicaii open source n care aceast metod este implementat:
1. GRASS (Geographic Resources Analysis Support System);
2. gvSIG;
3. QGIS (Quantum GIS);
4. SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses);
Natural Neighbor
Introdus de Sibson (1981), se bazeaz pe o reea de poligoane
Thiessen (dualul unei
triangulaii Delaunay).
Combin caracteristicile optime ale metodelor Nearest Neighbor i
TIN
(Webster i Oliver, 2001).
Algoritmul interpolrii Natural Neighbor folosete o medie a
valorilor
observaiilor nvecinate, unde valorile sunt proporionale cu
suprafaa
mprumutat [Surfer Help].
Zona asociat cu poligonul Thiessen obint dintr-un poligon
existent este
-
denumit zon de imprumut".
Rapid i exact.
Nu extrapoleaz valoarea Z.
Aplicaii open source n care aceast metod este implementat: SAGA
(System for
Automated Geoscientific Analyses);
Nearest Neighbor
Atribuie valoarea celui mai apropiat punct neinnd cont de
celelalte.
Este util cnd datele sunt deja egal deprtate, dar este nevoie s
fie convertite ntr-un
fiier de tip grid.
Alternativ, n cazul n care datele sunt deja ntr-o reea cu doar
cteva valori lips,
aceasta metoda este eficient pentru umplerea lipsurilor.
Rapid i exact.
Nu extrapoleaz valoarea z.
Regular spline with tension
Metoda este implementat n aplicaia open source GRASS
(Geographic
Resources Analysis Support System), mai exact modulul
v.surf.rst.
Simultan cu interpolarea, acest modul calculeaz i o serie de
parametric topografici
(pant, aspect, curbur) pe care i salveaz sub form de
rastere.
Metoda poate fi att exact ct i aproximativ n funcie de
parametrii setai de
utilizator (tension i smoothing).
Utilizatorul este avertizat atunci cnd rezultatul conine
anomalii i trebuie modificai
parametrii tension i smoothing.
Are la baz procedeul quad-tree segmentation ce permite
procesarea unui numr
mare de puncte.
Kriging
Metod dezvoltat de inginerul D.G. Krige (1951) n ncercarea de a
estima ct mai
precis resursele de minereuri.
Metoda se bazeaz pe teoria variabilelor regionalizate, ce
presupune c variaia spaial
a fenomenului este omogen din punct de vedere statistic, pe toat
suprafaa.
-
Presupune c direcia i distana existent ntre date reflect o
corelare spaial ce poate
fi folosit n explicarea variaiei acestora.
Poate fi potrivit unui set de date folosind o variogram.
Estimeaz erorile i extrapoleaz valoarea z.
n funcie de parametrii specificai de utilizator poate fi att o
metod exact ct i una
aproximativ.
Topologia spaial
1. Introducere:
n 1736, matematicianul Leonhard Euler a publicatlucrarea The
Seven Bridges
Knigsberg despre care se poate spune c st la baza ramurii
matematice cunoscute sub
denumirea de topologie.
n anul 1970, pregtindu-se de recensmnt, United States Census
Bureau, a folosit toplogia matematic pentru a reduce erorile ce
apreau pe hrile rezultate.
Astz i n cadru l Si s temel o r Geogra f i ce Informaionale
(GIS) termenul poate fi
definit ca tiina i matematica relaiilor utilizate pentru
validarea geometriei entitilor
vectoriale i pentru o serie de operaii cum ar fi analiza de reea
i de vecintate [Goodchild,
M.F., i colab., 2005].
n sens mai larg, topologia descrie relaiile spaiale existente
ntre obiecte folosind seturi
de reguli pentru a observa cum entitile vectoriale (puncte,
linii, poligoane) mprtesc
geometria i spaiul. Totodat topologia face diferena dintre
modele GIS i cele non-topologice
(Modelul Spaghetti).
-
2. Structura topologic
2.1 Elemente de baz i termeni specifici topologiei
Sistemul vectorial se bazeaz pe primitive grafice. Primitiva
grafic reprezint
cel mai mic element grafic utilizat la crearea i stocarea unei
entiti vectoriale.
Sistemul vectorial folosete urmtoarele primitive grafice:
Noduri acestea defines cele dou extremiti ale unui arc. Ele
indic
sensul de parcurgere al arcului.
Verteci sunt reprezentai printr-o serie de puncte ce defines
forma unui
arc (inflexiuni).
Arce sunt reprezentate de linia frnt dintre dou noduri. Un arc
trebuie
s fie mrginit, obligatoriu, de un nod de pornire i unul de
destinaie.
Poligoane sunt definite ca suprafee formate din arce nchise.
Unui
poligon i este ataat, mereu, un nod izolat numit centroid.
Aadar listele de noduri, arce, poligoane i verteci, precum i
relaiile de frontier i
cofrontier puse n eviden prin adrese sau pointeri formeaz
structura topologic de
date [Niu, C., i colab., 2002].
2.2 Relaii topologice
Conectivitatea indic ce obiecte spaiale sunt conectate cu
altele, sau se intersectez
ntre ele (de exemplu un drum A se conecteaz cu un alt drum
B).
Vecintatea indic ce obiecte spaiale sunt vecine cu altele (dou
sau mai multe
poligoane au n comun laturi sau granie).
Includerea n acest caz obiectele spaiale (noduri, arce,
poligoane mai mici)
sunt coninute de un poligon.
Proximitatea indic ce obiecte spaiale sunt apropiate de
altele.
Direcia relativ indic poziia relativ ntre obiectele spaiale.
2.3 Concepte topologice
Topologia de tip arc-nod ine evidena arcelor conectate prin
intermediul nodurilor
comune. Aceasta definete lungimea, direcia i conectivitatea
arcelor. Arcele sunt
conectate dac au n comun un nod.
-
Topologia de tip poligon-arc Definete relaiile dintre arce i
poligonul pe care l
definesc, precum i date privitoare la suprafa i vecintate.
Poligoanele sunt vecine dac au n
comun un arc. Pentru evitarea datelor redundante, poligoanele
sunt stocate ca o list de arce.
Topologia de tip stnga-dreapta Aceast se refer la vecintate i la
modul cum
poligoanele sunt asociate cu poligoanele vecine. n acest caz
fiecare arc are o list cu poligoanele
existente n dreapta i stnga sa.
2.4 Reguli topologice generale
Topologia stocheaz o serie de parametric referitori la regulile
aplicate, ranguri, tolerane.
De asemenea mai stocheaz i o serie de date legate de erori,
excepii, etc.
Regulile definesc relaiile admise ntre obiectele spaiale.
Rangurile (ranks) controleaz ce elemente ar putea fi mutate
atunci cnd, regulile
topologice existente n cadrul validrii iniiale i pe parcursul
validrilor ulterioare, se reunesc.
Tolerana (Cluster tolerance) definete
distana minim ce poate exista ntre dou puncte, astfel nct
acestea s fie considerate identice.
Zonele cu erori (Dirty areas) reprezint entitile vectoriale ce
au fost supuse unor editri
ulterioare. Acestea permit limitarea zonei de verificat pentru
erori n timpul validrii topologice.
Erorile i excepiile sunt stocate n cadrul topologiei i permit
gestionarea situaiilor n
care elementele vectoriale nu se supun regulior specificate.
3. Reguli topologice
3.1 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip polygon
Nu trebuie sa se suprapun Aceast regul presupune ca interiorul
poligoanelor din
aceeai clas de obiecte spaiale (feature class) s nu se suprapun.
Poligoanele pot avea n
comun noduri i margini, dar nu pot mpri aceeai suprafa. Un
exemplu de folosire a acestei
reguli este cazul entitilor vectoriale ce reprezint modul de
utilizare a terenului, tipul formelor
de relief, etc.
Nu trebuie s conin spaii goale Aceast regul presupune ca ntre
poligoane sau
blocuri de poligoane nvecinate s nu existe spaii goale.
Poligoanele pot avea n comun noduri,
margini i suprafee interioare. Este util atunci cnd este vorba
de suprafee continue, de
exemplu tipurile de sol dintr-un anumit areal.
-
Nu trebuie s se suprapun peste Aceast regul presupune ca
interiorul unui poligon
ce aparine unei clase de obiecte spaiale nu trebuie s se
suprapun peste interiorul unui poligon
ce aparine altei clase de obiecte. Poligoanele pot avea n comun
noduri i margini, sau pot fi
complet separate. Se utilizeaz atunci cnd se intenioneaz
mbinarea a dou sisteme ce se
exclud reciproc, cum ar fi amenajarea teritoriului i arealele
acoperite de ap.
Trebuie s fie acoperit de o clas de obiecte spaiale n acest caz
se presupune c
poligoanele dintr-o clas de obiecte spaiale trebuie s fie
acoperite de poligoanele dintr-o alt
clas de obiecte spaiale. Aceast regul poate fi utilizat atunci
cand un areal de un anumit tip,
cum ar fi o ar, trebuie s fie acoperit n totalitate de areale de
alt tip, cum ar fi judeele.
Trebuie s se acopere unul pe altul Regula n spe presupune ca un
poligon
aparinnd unei clase de obiecte spaiale trebuie s aib n comun
ntreaga suprafa cu un
poligon aparinnd altei clase de obiecte spaiale. Aceast regul se
folosete atunci cnd dou
poligoane aparinnd a dou clase de obiecte spaiale diferite
acoper aceeai suprafa. De
exemplu clasa vegetaie i clasa soluri trebuie s se acopere una
pe celalt.
Trebuie s fie acoperit de Aceast regul presupune ca poligoanele
ce aparine unei
clase de obiecte spaiale s fie coninute total de poligoanele
aparinnd altei clase de obiecte
spaiale. Este util atunci cnd se intenioneaz ca un set de
poligoane s fie acoperite de un alt
poligon ce aparine unei alte clase de obiecte spaiale. De
exemplu clasa judee trebuie s fie
acoperit de clasa ri.
Laturile trebuie s fie acoperite de Aceast regul prevede ca
laturile unui poligon
dintr-o clas de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de
liniile dintr-o alt clas de obiecte. De
regul aceasta este util atunci cnd suprafaa unei entiti conine
un set de atribute, iar limitele
acesteia alt set de atribute. De exemplu clasa parcele poate fi
stocat mpreun cu limitele
acestora intr-o baz de date spaial. Fiecare parcel poate fi
definit de una sau mai multe linii,
fiecare dintre ele coninnd diverse informaii, iar parcelele
respective trebuie s se potriveasc
perfect cu limitele sale.
Limitarea zonei tebuie s fac obiectul unei alte limite Regula
presupune ca laturile unui
poligon dintr-o clas de obiecte spaiale s fie acoperite de
marginile altui poligon
dintr-o alt clas de obiecte spaiale. Este util cand un poligon
aparinnd unei clase de obiecte
spaiale cum ar fi o subdiviziune, este compus din mai multe
poligoane aparinnd altei clase de
obiecte spaiale cum ar fi clasa parcele, dar nu sunt acoperite n
totalitate de ultima.
-
Conine punct n cazul acestei reguli, se presupune c un poligon
aparinnd unei clase
de obiecte spaiale s conin cel puin un punct aparinnd altei
clase de obiecte spaiale. Punctul
trebuie s fie n interiorul poligonului i nu pe marginea
acestuia. Este util atunci cand poligonul
trebuie sa aib asociat cel puin o entitate punctual, ca de
exemplu parcelele trebuie s aib o
adres.
Conine un punct Impune ca un poligon ntr- o clas caracteristic
conine cel puin un
punct din alt clas caracteristic. Punctele trebuie s fie n
poligonu, nu pe limita. Acest lucru
este util atunci cnd fiecare poligon ar trebui s aib cel puin un
punct asociat, cum ar fi atunci
cnd parcelele trebuie s aib un punct de adres (numar
cadastral).
Topologia spaial
3.1 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip polygon
Nu trebuie sa se suprapun Aceast regul presupune ca liniile din
cadrul aceleai
clase de obiecte spaiale s nu se suprapun. Este folosit atunci
cand liniile nu trebuie sa fie
dublate, de exemplu o reea hidrografic. Liniile se pot
intersecta, dar nu pot avea segmente
comune.
Nu trebuie s se intersecteze Regula de fa presupune ca liniile
aparinnd aceleai
clase de obiecte spaiale s nu se intersecteze sau s se suprapun,
ns pot avea n comun puncte
de capt.
Nu trebuie s aib discontinuiti Regula n spe prevede ca liniile
existente n cadrul
aceleiai clase de obiecte spaiale trebuie s fie conectate la
capete. Aceast regul este folosit
atunci cnd liniile formeaz o suprafa, de exemplu cnd definesc un
poligon, sau cnd sunt
conectate asemnator unei reele stradale. n ultimul caz, regula
poate fi nclcat atunci cnd
strzile se nchid brusc.
Nu trebuie s conin pseudo-noduri Aceast regul presupune ca o
linie s fie
conectat cu cel puin alte dou la fiecare capt. O linie ce este
conectat cu doar o singur alt
line, sau cu ea nsi, se presupune c are pseudo-noduri. Aceast
regul este utilizat n cazul n
-
care o linie trebuie s formeze bucle nchise, cum ar fi atunci
cnd acestea definesc limite de
poligoane.
Nu trebuie s se intersecteze sau s se ating n interior) Regula
presupune ca o linie
aparinnd aceleiai clase de obiecte spaiale s ating o alt linie
doar la capete. Orice segment
ce se suprapune sau se intersectaz n alt loc dect la capete,
reprezint o eroare. Regula este
util atunci cnd este vorba de linii ce reprezint parcele.
Nu trebuie s se suprapun peste Aceast regul presupune ca o linie
ce aparine unei
clase de obiecte spaiale s nu se suprapun peste o linie ce
aparine altei clase de obiecte. Regula
este folosit atunci cnd liniile nu trebuie s ocupe acelai spaiu,
de exemplu drumurile nu
trebuie s se suprapun cu liniile de cale ferat.
Trebuie s fie acoperit de o clas de obiecte spaiale)
Aceast regul presupune ca liniile ce aparin unei clase de
obiecte spaiale s fie acoperite de
liniile ce aparin altei clase de obiecte. Este folosit cnd un
grup de linii descrie aceeai enitate
spaial. De exemplu ruta unui autobus trebuie s acopere reeaua
stradal.
Trebuie s fie acoperite de laturi n cazul acesta o liniile ce
aparine unei anumite clase
de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de laturile unui
poligon ce aparin altei clase de
obiecte spaiale. De exemplu liniile ce formeaz o parcel trebuie
s corespunde cu marginile
poligonuluirce
Captul trebuie s fie acoperit de Regula presupune ca limitele
liniilor dintr-o clas de
obiecte spaiale s fie acoperite de puncte dintr-o alt clas de
obiecte spaiale. Este util atunci
cnd se intenioneaz ca intersecia unei strzi s se afle la
jonciunea a dou strzi.
Nu trebuie s se suprapun cu ea nsi Regula prevede ca liniile s
nu se suprapun
cu ele nsele. Ele se pot intersecta dar nu trebuie s aib
segmente comune. Aceast regul este
util n special n analiza transporturilor, de exemplu o strad nu
trebuie s se suprapun peste o
autostrad.respectiv
Nu trebuie s se intersecteze cu ea nsi n acest caz liniile nu
trebuie s se
intersecteze sau s se suprapun cu ele nsele. Este util n cazul
curbelor de nivel.
Trebuie s fie un singur segment) Aceast regul presupune ca linia
s fie compus
dintr-un singur segment. Poate fi folosit atunci cnd linia nu
trebuie s fie compus din mai
multe segmente, cum ar fi de exemplu o linie ce reprezint o
autostrad.
-
Trebuie s fie un singur Segment Aceast regul presupune ca linia
s fie compus
dintr-un singur segment. Poate fi folosit atunci cnd linia nu
trebuie s fie compus din mai
multe segmente, cum ar fi de exemplu o linie ce reprezint o
autostrad.
3.2 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip punct
Trebuie s fie acoperite de laturi Regula presupune ca punctele
ce aparin unei clase de
obiectespaiale s intersecteze laturile unui poligon aparinnd
unei alte clase de obiecte spaiale.
Se utilizeaz spre exemplupentru markerii de frontier n cazul
parcelelor.
Trebuie s fie n interiorul poligoanelor n acest caz punctele
trebuie s se gseasc n
interiorul unui poligon. Regula este util atunci cnd
caracteristicile punctelor relaioneaz cu
poligoanele. De exemplu reedinele de jude reprezentate punctual
trebuie s se gseasc n
interiorul judeelor reprezentate prin poligoane.
Trebuie s fie acoperite de capete Regula prevede ca punctele ce
se gsesc ntr-o clas
de obiecte spaiale s fie acoperite de capetele liniilor ce se
gsesc ntr-o alt clas de obiecte
spaiale. Regula este similar cu regula aplicat liniilor Endpoint
Must Be Covered By. Un
exemplu de aplicabilitate pentru aceast regul este cazul
interseciilor de strzi.
Trebuie s fie acoperite de o linie Regula prevede ca punctele ce
se gsesc ntr-o clas
de obiecte spaiale s fie acoperite linii ce se gsesc ntr-o alt
clas de obiecte spaiale. Poate fi
utilizat pentru staiile de msurare a debitelor ce trebuie s se
situeze pe cursurile rurilor.
Trebuie s coincid cu Aceast regul se utilizeaz atunci cnd
punctele de la clas sau
un subtip ar trebui s fie aliniate cu puncte de la o alt clas
caracteristic sau alt subtip ca in
cazul retelelor electrice unde punctele de distribuitie trebuie
sa coincida cu punctele de racordare.
Trebuie s fie disjuncte Aceast regul se utilizeaz atunci cnd
punctele dintro clasa
sau subtip nu ar trebui s ocupe acelai spaiu. Este cazul
reteleor utilitare (apa, gaze, canalizare
etc.)
3.3 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip linie sau
polygon
Must Be larger than cluster tolerance Necesit ca un obiect s nu
se distrug n timpul
procesului de validare. Aceast regul este obligatorie pentru o
topologie, i se aplic la toate
categoriile de linie i poligon. n cazurile n care aceast regul
este nclcat, geometria original
este lsat neschimbat.