Suport Curs GIS si Cartografiere in Turism
SCURT ISTORIC AL CARTOGRAFIEI
Informaiile documentare despre hri ne arat c ele au existat nc
dinaintea erei noastr: au fost gsite schie primitive la egipteni,
chinezi, canadieni, amerindieni realizate pe suporturi foarte
variate ncepnd de la os, coji de copac, nisip, lemn, pietre, etc.
Coninutul acestor schie se refer la suprafee restrnse i reprezint
diferit elemente ale cadrului natural ca reeaua hidrografic,
lacurile, pdurile, peterile.
Cea mai veche hart ajuns n Romnia, zgriat pe o tabl de argint
este a Mesopotamiei, datnd din sec. XIV-XV .e.n.
Primele hri propru-zise apar la grecii antici. Cea dinti hart
greceasc a fost construit de ANAXIMADRU din MILET i cuprinde lumea
cunoscut a timpului su, nconjurat de OKEANOS, n ipoteza Pmntului
plan.
Cele mai remarcabile rezultate cartografice n antichitate au
fost construirea primului glob geografic de ctre CRATES i
imaginarea primelor sisteme de proiecie de ctre HIPARH (sec. II
.e.n.) i PTOLEMEU (sec. II e. n.).
Romanii n-au mbogit cu nimic baza teoretic a reprezentrilor
cartografice, chiar dac au ntocmit i ei hri numite itinerarii,
necesare n rzboaiele lor de expansiune. O astfel de hart este
Tabula Peutingerian.
n feudalism, dezvoltarea comerului atrage dup sine ntocmirea
hrilor legate de necesitile practice. Astfel se construiesc hri
marine de ctre italieni, cunoscute sub numele de portulane, care se
refereaua de obicei la o bazinul unei singure mri.
Secolul al XVI-lea se caracterizeaz printr-o fructuoas i
valoroas activitate cartografic, cei mai importani reprezentani ai
acestei perioade fiind MERCATOR i ORTELIUS (olandez). Mercator
public n anul 1578 un prim atlas de hri geografice dup hrile lui
Ptolemeu, dar reconstituite i corectate de el. La ntocmirea hrilor,
utilizeaz proiecia cartografic i propune mai multe proiecii, dintre
care una pentru navigaie, care i poart numele, fiind folosit i n
prezent.
Sec. al XVII-lea este cunoscut prin apariia unor atlase, care pe
lng hrile respective conineau i texte.
Din secolul al XVIII-lea merit amintit activitatea de ntocmire a
hrilor la scri mijlocii i mari. Prima hart topografic este harta
Franei a lui Cassini la scara 1:86400.
n anul 1871 are loc primul congres de geografie, unde se pune
problema alegerii meridianului de origine sau a primului meridian,
probleme rezolvat n 1884 la o conferin special convocat la
Washington, cnd s-a ales ca meridian de origine meridianul
observatorului de la Greenwich.
La sf. sec. al XIX-lea (1891), la Congresul de la Berna, pentru
unificarea hrilor topografice naionale ntr-o hart internaional s-a
adoptat propunerea lui A. Penck de a construi o hart a globului la
scara 1:1.000.000. n 1899 s-a hotrt ntocmirea unei hri batimetrice
a Oc. Planetar la scara 1:10.000.000 care a aprut n 1904.
ntre cele dou rzboaie mondiale s-au realizat diferite tipuri de
hri i atlase. Opera cartografic de importan mondial a acestei
periade este Marele Atlas Sovietic al Lumii.
Dup al doilea rzboi mondial, dezvoltarea cartografiei este n
plin ascensiune, se continu cu ntocmirea atlaselor naionale, a
hrilor topografice pentru noile state aprute, apariia unor
dicionare poliglote, organizarea unor conferine internaionale de
cartografie, etc.
Dup etapele aproximrilor dimensionale, geometrizrii geografiei i
aplicrii metodelor statistice n geografie, anii 1960 marcheaz
debutul etapei informatizrii cartografiei. Aceast etap se identific
cu debutul GIS, ea fiind condiionat de perfecionarea rapid a
calculatoarelor.
Volumul imens de informaii cu care opereaz cartografia i-a gsit
pentru prima dat posibilitile de a fi valorificat (prelucrat) i
validat (n practic) prin GIS. Primii pai au fost marcai prin
constituirea bazelor de date, care ulterior au putut fi utilizate i
de ctre ali beneficiari.
O astfel de banc de date este compus din datele brute
(propriu-zise), neprelucrate care sunt memorate pe un suport fizic
(benzi sau discuri magnetice-CD) i dintr-un sistem de programe care
asigur introducerea, organizarea, stocarea, activarea i prezentarea
lor. Sistemul poate opera n general att cu date cantitative ct i
calitative, exprimnd valoarea parametrilor geografici dintr-un
anumit punct, regiune, zon geografic. Fiecare punct, dar i tip de
informaie primete un anumit cod. Codul servete n actualizarea
informaiei, la cerere. Bncile de date permit noirea informaiei
nmagazinate, respectiv aducerea la zi, precum i trierea i regsirea
rapid a informaiilor cerute, fie prin afiarea pe ecranul
calculatorului (prin intermediul operatorului uman), fie prin
imprimarea informaiei (pe imprimanta anex computerului).
Un pas nainte n informatizarea cartografiei l-a constituit
realizarea atlaselor electronice, care pot conine pe lng
informaiile unei bnci de date tradiionale, i informaie sub form
grafic (hri generale, hri tematice, cartograme, blocdiagrame,
cartodiagrame, profile, etc.). Atlasele electronice prezint
avantajul modificrii rapide a informaiei coninute sub form grafic
de la un eveniment sau fenomen geografic prezent la unul viitor,
ntrunind atributul de operaional i funcional.
Carl Steinitz e unul din precursorii GIS-ului, el realiznd
primele studii experimentale n cadrul unui laborator de grafic
computerizat la Harward, laborator creat n 1965 cu o donaie Ford.
Programele create, testate i rspndite de aici au fost:
- SYMAP - program de cartografiere automat;
- CALFORM - program de cartografiere cu pen-plotter;
- SYMVU - program de cartografiere suprafa-perspectiv;
- POLYURT - program de manipulare a bazei de date
cartografice;
n dezvoltarea GIS pot fi identificate cel puin cinci etape.
Etapa ntia debuteaz cu anul 1960, cnd computerele se foloseau la
realizarea hrilor i a altor imagini care s-ar fi putut realiza i fr
computer. Analizele spaiale i statistice erau dificile, cu un
profesionalism sczut, iar pesimismul general era mare.
Etapa a doua ncepe cu anul 1970. Analizele GIS sunt mai
sofisticate, iar prin tehnicile statistice i cartografice noi, dar
i prin metodele de analiz spaial mai complexe, proiectele G.I.S.
trezesc un mare interes, fiind finanate de la buget. GIS-ul
interacioneaz alte discipline i profesii, n mod deosebit ingineria.
Soft-urile sunt din ce n ce mai complexe i private. Atenia se axeaz
pe luarea deciziilor.
Anul 1975 marchez nceputul celei de-a treia etape. Tehnica
G.I.S. este concretizat n afiaje grafice diverse i tridimensionale.
Noutatea adus de GIS este dat de posibilitatea referenierii acestor
date fa de coordonatele geografice (longitudine i latitudine).
Etapa a patra debuteaz odat cu anii deceniului nou, respectiv
1980-1981. Apariia primelor GIS operaionale (Sistemul Informaional
Geografic Canadian i Unitatea Experimental de Cartografie a Marii
Britanii), nc din anii '60, este urmat n anul 1982 de sistemul
ARC/INFO al firmei Environmental Systems Research Institute din
U.S.A. Deceniul al noulea se remarc de asemenea prin progrese
spectaculoase ale tehnicii de calcul. Apariia PC-urilor i
softurilor, dar i posibilitilor de software n englez i francez
deschide o nou etap n existena GIS.
Etapa a cincea se identific cu actualitatea sau mai precis cu
ceea ce a urmat anului 1990, cnd pentru prima dat n istoria
cartografiei romneti putem vorbi despre facilitile oferite
G.I.S.HARTA I PLANUL
Cea mai simpl definiia care s-ar putea da hrii este aceea de
reprezentare micorat a unei poriuni din suprafaa terestr. Definiia
enunat are calitatea de a fi foarte concis, dar n acelai timp i
neajunsul de a nu reda n ntregime coninutul noiunii de hart. Acest
lucru se constat la o analiz ct de sumar a hrii. n primul rnd, se
constat c harta este o reprezentare n plan a suprafeei terestre.
Aceasta o deosebete de reprezentarea sub form de globuri, care dei
sunt reduse ca rspndire sunt cele mai corecte. n schimb, pe hart se
nregistreaz deformrile cunoscute. Deoarece harta red poriuni mari
din suprafaa terestr, la realizarea ei se ine seama de curbura
suprafeei terestre, n timp ce la planuri nu e necesar s se in seama
de curbur.
O alt caracteristic uor de observat este aceea c elementele
reprezentate sunt reduse pe baze matematice riguros exacte, adic la
o anumit scar. Aceasta i confer precizia necesar n diferite
activiti practice sau de cercetare.
De asemenea, se constat c harta nu este o fotografie a suprafeei
terestre. Elementele suprafeei terestre sunt redate prin nite
desene care uneori nici nu seamn cu elementele din natur. Desenele
respective sunt semnele convenionale, ceea ce nseamn c harta este o
reprezentare convenional.
Se mai constat c pe hart nu sunt redate toate elementele
terenului, ci c apar n funcie de mrimea suprafeei reprezentate,
numai elementele cele mai evidente. Deci, se poate spune c este
vorba de o generalizare cartografic.
Legat de coninutul hrii se poate constata c unele hri conin
toate elementele posibil de reprezentat (ansamblul elementelor
naturale i antropice ale unui teritoriu), fiind numite hri
generale, iar n unele apar numai un element, fiind numite hri
speciale sau hri tematice. innd cont de caracteristicile menionate
se poate formula o definiie mai complet.
Harta este o reprezentare n plan, micorat, convenional i
generalizat a suprafeei terestre, cu fenomene naturale i sociale de
la un moment dat, realizat pe principii matematice i la o anumit
scar, innd cont de sfericitatea pmntului.
Planul este o reprezentare cu aceleai caracteristici ca i harta,
diferenele constnd n faptul c red o suprafa mai mic de teren, ns cu
mai multe detalii i cu o mare precizie. Deoarece scara mare nu
permite redarea unei suprafee ntinse de teren, poriunile terestre
reprezentate se consider plane, deci nu ine cont de sfericitatea
pmntului.
DIFERENIERI
HARTAPLANUL
Red o suprafa mai mare de teren cu detalii mai puine n funcie de
scarRed o suprafa mai mic de teren cu multe detalii
Scara de reprezentare este mai mic dect la plan (de la 1:25000
pn la scri foarte mici)Scara de reprezentare este mare 1:20000 pn
la 1:50
ine cont de curbura suprafeei terestreNu ine cont de curbura
suprafeei terestre
Transpunerea punctelor se face fr a folosi un sistem de
proiecieProiectarea punctelor de pe suprafaa terestr se face cu
ajutorul unei proiecii cartografice.
Clasificarea hrilor
Problema clasificrii hrilor este foarte important pentru
orientarea n folosirea i studierea materialului cartografic.
Dei nu exist o clasificare cu valabilitate universal, de-a
lungul timpului au fost luate n considerare diverse criterii n
ordonarea materialelor cartografice.
1. n funcie de dimensiunea teritoriului cartografiat: hri
modiale (planigloburi, mapamonduri, planisfere), care reprezint
ntrega suprafa terestr;
hri ale emisferelor pe latitudine i respectiv longitudine;
hri ale grupelor de continente;
hri ale oceanelor i mrilor limitrofe;
hri ale unor continente;
hri ale unor state;
hri cu regiuni dintr-un stat.2. n funcie de scar:
hri la scar mare
hri la scar mijlocie
hri la scar mic.
3. n funcie de coninut:
hri generale
hri tematice sau speciale:
i. hri tematice fizico-geografice (hri hipsometrice,
morfologice, ale energiei reliefului, climatice, pedologice,
biogeografice, hidrologice, etc.)
ii. Hri tematice socio-economice (hri ale populaiei, ale cilor
de comunicaie, economice calitative i cantitative,
politico-administrative, ale modului de utilizare a terenului,
etc.)
4. n funcie de destinaie:
hri informative;
hri tiinifice;
hri didactice;
hri turistice;
hri pentru navigaie.
5. n funcie de originalitate
minutele topografice, care constituie rezultatul direct al
ridicrilor topografice;
copiile, adic reproduceri dup minutele topografice la aceeai
scar;
derivatele, adic reproduceri dup copiile topografice ns la scar
diferit (mai mic).
6. n funcie de numrul culorilor:
hri monocrome
hri policrome.
7. n funcie de modul de realizare:
hri analogice hri digitale (n format raster i respectiv n format
vector).
8. n funcie de modul de prezentare:
hri propriu-zise
hri virtuale.
ELEMENTELE PLANURILOR I HRILOR
Ca documente cartografice cu larg utilitate, elementele hrilor i
planurilor sunt grupate n mai multe categorii. n literatura de
specialitate se disting, n general dou tipuri de clasificare a
cestor elemente.
Unii autori grupeaz elementele hrilor n dou categorii: elemente
din exteriorul cadrului i respectiv elemente din interiorul
cadrului (Nstase, A. 1983, Rus, I., Buz, V, 2003).
Ali autori (Buz, V., Sndulache, A. 1984) grupeaz aceste elemente
n trei categorii: elemente matematice, de coninut i de ntocmire.
Considerm c aceast grupare este mai util pentru nelegerea exact a
acestor aspecte.
Elementele matematice reprezint baza geometric a hrii. Sunt
cuprinse n aceast categorie urmtoarele elemente:
scara de proporie
cadrul hrii
nomenclatura
baza geodezo-topografic
elementele de orientare
graficul nclinrii versanilor
canevasul.
Elementele de coninut sunt considerate a fi cele reprezentate n
interiorul cadrului hrii, respectiv n cuprinsul spaiului desenat.
Aceste elemente se pot grupa n dou categorii: fizico-geografice
(relief, hidrografie, vegetaie, soluri) i socio-economice
(localiti, ci de comunicaie, detalii economice i cultuale,
granie).
Elementele de ntocmire sau de montare a hrii cuprind informaii
absolut necesare pentru nelegerea i utilizarea hrii. Dintre ele
unele se refer la ntocmirea hrii. Aici sunt incluse: titlul, felul
hrii, destinaia, legenda, autorul, materialele documentare
folosite.
SCARA HRII
Definiie:
Trecerea de la dimensiunile msurate n teren la cele de pe plan
sau hart se face cu ajutorul unui raport constant de micorare numit
scar de proporie.
Ca element matematic, se poate exprima n 3 moduri:
Numeric
Grafic
Direct
Scara numeric este o fracie ordinar n care numrtorul indic
lungimea grafic (de obicei n cm), iar numitorul lungimea
corespunztoare din teren (tot n cm).
, unde:
N scara hrii
d distana grafic pe hart sau plan
D distana real din teren.
Cu ct numitorul este mai mic n valoare aritmetic, cu att fracia
este mai mare i deci scara este i ea mai mare i invers.
n situaia n care pe o hart nu este trecut scara, ns este trasat
reeaua de paralele se poate calcula scara hrii, msurnd distana
grafic dintre dou paralele consecutive (d) i cunoscnd faptul c
lungimea arcului de meridian de 10 este egal cu 111,136 Km (D).
Scara grafic reprezint raportul exprimat grafic. Dup modul de
construcie i precizia msurrii este de dou tipuri:
scar grafic simpl
scar grafic compus sau cu transversale.
Pentru construcia scrii grafice simple se divizeaz un segment de
dreapt n mai multe pri, de obicei n cm, notndu-se originea O. n
partea dreapt a originii se noteaz diviziunile cu lungimile
valorilor naturale corespunztoare scrii date. Partea din stnga
originii zero se numete talon i este mprit n mai multe segmente,
oferind astfel posibilitatea msurrii unor distane pn la a zecea
parte dintr-o diviziune din partea dreapt a originii. Talonul poate
fi simplu sau exagerat.
Scara grafic compus sau cu transversale se construiete din dou
scri grafice simple, paralele, avnd trasate ntre ele nou segmente
de dreapt paralele i echidistante.
Scara direct se exprim prin indicarea direct a lungimii de pe
hart i a corespondenei ei din teren. De exemplu: 1 cm pe hart = 250
m n teren (egalitate valabil pentru o hart la scara 1:25000).
n funcie de scara la care au fost realizate, hrile se grupeaz n
3 categorii:
de la 1:25000 pn la 1:200000: hri la scar mare (hri
topografice)
ntre 1:200000 1:1000000: hri la scar mijlocie (hri topografice
de ansamblu)
de la scara 1:1000000 pn la scri foarte mici: hri la scar mic
(hri geografice). Acestea sunt n general, hrile murale i cele din
atlase.
Reprezentrile cartografice la scri mai mari de 1:25000 se numesc
planuri. Acestea se clasific dup cum urmeaz:
1:10000 pn la 1:5000 planuri topografice propriu-zise;
1:2500 pn la 1:2000 planuri de situaie;
1:1000 pn la 1:500 planuri urbane;
1:100 pn la 1:50 planuri de detaliu, utilizate n construcii.
CADRUL HRII
Sub numele de cadru se nteleg liniile care mrginesc suprafaa
desenat a hrii. Linia care intr n contact direct cu spaiul desenat
se numete cadru intern. Paralel cu acesta, la mic distan se afl
cadrul extern sau ornamental. ntre cele dou se afl cadrul gradat,
care reprezint de fapt elementul matematic al cadrului hrii. Acesta
din urm este mprit n segmente colorate alternativ alb-negru, care
indic mprirea unghiular pe paralele i meridiane.
Cadrul poate coincide cu paralele i meridianele, situaie n care
se numete cadru geografic. n situaia n care cadrul nu corespunde cu
paralele i meridianele acesta se numete cadru geometric.
Ca form, cadrul poate fi elipsoid, trapezoidal, dreptunghiular,
ptrat, circular, n funcie de sistemul de proiecie n care a fost
realizat harta. n situaia n care cadrul are form de ptrat,
dreptunghi sau trapez, n colturile sale sunt trecute cu mare
precizie coordonatele geografice:
NOMENCLATURA HRILOR I PLANURILOR
Definiie:
Prin sistem de nomenclatur se nelege sistemul de notaie alctuit
din cifre i litere sau numai cifre, cu ajutorul cruia se definete
poziia unei foi de hart n cuprinsul unui teritoriu sau a ntregii
suprafee terestre.
La Congresul Internaional de Geodezie i Geofizic din anul 1924 a
fost propus i adoptat un sistem internaional de nomenclatur pentru
harta lumii la scara 1:1000000, sistem adoptat i de Romnia pentru
hrile n sistemul de proiecie Gauss-Krger. Acest sistem se utilizeaz
i n prezent la hrile n priecie stereografic.
Sistemul internaional de nomenclatur se bazeaz pe mprirea
globului terestru n zone sferice trasate din 4 n 4 de latitudine i
fuse sferice trasate din 6 n 6 de longitudine.
ALTE ELEMENTE MATEMATICE
Dup cum am vzut pn n prezent, cele mai importante elemente
matematice au fost scara, cadrul i nomenclatura hrii. Nu lipsite de
importan sunt i baza geodezo-topografic, elementele de orientare,
graficul nclinrii versanilor i canevasul.
Baza geodezo-topografic
Este constituit din puncte de coordonate cunoscute cu maximum de
precizie, puncte care stau la baza ntocmirii hrii, motiv pentru
care se mai numesc i punctele de sprijin ale hrii. Ele sunt de trei
categorii: astronomice, geodezice i topografice.
Punctele astronomice (sau fundamentale) sunt puncte ale cror
coordonate geografice au fost determinate prin metode astronomice.
Coordonatele lor sunt independente de forma i dimensiunile
Pmntului. n general, observatoarele astonomice din fiecare ar pot
constitui puncte de baz n ridicrile geodezice ulterioare. n Romnia,
primul punct fundamental este Observatorul astronomic de lng
Bucureti, care st la baza constituirii hrilor.
Punctele geodezice
sunt puncte determinate prin metode geodezice, care in seama de
forma i dimensiunile Pmntului. Cele mai importante dintre ele sunt
verificate i prin metode astronomice.
n funcie de importana lor, punctele geodezice se mpart n trei
categorii:
puncte geodezice de ordinul I , care sunt vrfuri ale unor
triunghiuri terestre cu laturile cuprinse ntre 40-50 km sau 70 km.
Acestea alctuiesc aa-numitele iruri de triangulaie primordial, care
se ntind n lungul meridianelor i paralelelor principale ale unei
ri. Pe teritoriul rii noastre trec 3 iruri primordiale pe meridian
(dintre care unul internaional ce leag Capul Nord i Capul Bunei
Sperane) i 3 iruri pe paralel (ntre care dou internaionale:
paralela de 45N i paralela de 4730'N). Lanurile triangulaiilor
primordiale sunt legate ntre ele prin lanuri de triangulaie de
ordinul I complementare.
puncte geodezice de ordinul II, care sunt vrfuri ale unor
triunghiuri cu laturi cuprinse ntre 10-25 km.
puncte geodezice de ordinul III, care sunt vrfuri ale unor
triunghiuri cu laturile cuprinse ntre 5-10 km.
Aceste puncte formeaz aa-numita osatur geodezic a hrii unei ri.
Pe teren, aceste puncte sunt marcate prin semnale speciale,
construite din lemn cu baza din beton, n punctele caracteristice
ale terenului, n aa fel nct s poat fi vizibile de la mari distane.
Poziia punctelor geodezice obinute pe suprafaa Pmntului se trece pe
suprafaa unui corp geometric imaginar (elipsoidul de referin), iar
de pe elipsoid se proiecteaz pe o suprafa plan grafic sau prin
calcul.
Punctele topografice
se determin plecnd de la punctele geodezice, prin metode
topografice i sunt cuprinse n ordinele IV i V. Ele alctuiesc
canevasul topografic al hrii. Fa de aceste puncte se determin
planimetric i altimetric poziia elementelor fizico-geografice i
economico-geografice ale hrii, care reprezint detaliile suprafeei
terestre.
Elementele de orientare sunt desenate pe hrile topografice n
stnga scrii grafice.
Acestea cuprind cele trei direcii nord: geografic, magnetic i al
caroiajului hrii, precum i unghiurile dintre ele, respectiv
declinaia magnetic, declinaia convenional i convergena
meridianelor.
Graficul nclinrii versanilor se prezint sub forma unei curbe,
care este folosit la determinarea valorilor pantelor fr calcule (n
mod expeditiv). De obicei sunt dou grafice de pant, care sunt
construite innd seama de echidistana dintre curbele de nivel: unul
aferent curbelor de nivel normale, cellat pentru curbele de nivel
principale.
Unul din cele mai cunoscute procedee grafice de determinare a
unghiului de pant const n suprapunerea distanelor grafice dintre
curbele de nivel pe un graficul nclinrii versanilor i se citete de
pe acesta panta terenului n zona respectiv.
Canevasul reprezint sistemul sau ansamblul liniilor de
coordonate geografice sau coordonate plane rectangulare.
Coordonatele geografice sunt reprezentate prin reeaua de paralele i
meridiane care constituie canevasul geografic, iar coordonatele
rectangulare prin linii drepte orizontale i verticale, reprezentnd
abscise i ordonate.
Canevasul geografic se obine prin transpunerea reelei de
paralele i meridiane de pe glob pe un plan printr-un sistem de
proiecie cartografic.
Canevasul rectangular, ntlnit mai ales la hrile topografice,
pleac de la canevasul geografic i se ntocmete plecnd de la
intersecia dintre un meridian i o paralel. n acest punct de
intersecie se duc tangente la meridian i paralel, iar la aceste
tangente se traseaz din km n km linii paralele, rezultnd n acest
fel o reea de ptrate cu latura de 1 km. Din acest motiv, acest
canevas se mai numete canevas kilometric.
Laturile ptratelor care alctuiesc reeaua au valori diferite n
funcie de scara hrii: la scara 1:25000, lungimea grafic a laturii
este de 4 cm i reprezint n teren 1 km, la scara 1:50000, latura de
2 cm corespunde n teren la 1 km, la scara 1:100000, latura de 2 cm
reprezint 2 km n teren, iar la scara 1:200000, latura de 2 cm
reprezint 4 km n teren. Valorile reelei kilometrice sunt nscrise
ntre cadrul interior i cel geografic, lng colurile hrii.SISTEME DE
REPREZENTARE A DATELOR SPAIALEProblema care a aprut era: cum s
introducem o hart n calculator, adic cum s fie ea reprezentat
intern? Fiind vorba de un calculator numeric, este evident c
stocarea trebuie fcut sub form de coduri numerice. Dup experiene
ndelungate, s-a convenit ca reprezentarea intern a unei hri s se
fac n dou sisteme: sistemul vector i sistemul raster. n sistemul
vector harta este construit, n mare, din puncte i linii, fiecare
punct i extremitile liniilor fiind definite prin perechi de
coordonate (x,y). Acestea pot forma arce, suprafee sau volume (n
cazul n care se mai ataeaz nc o coordonat). Caracteristicile
geografice sunt exprimate prin aceste entiti: o fntn va fi un
punct, un punct geodezic va fi de asemenea un punct; un ru va fi un
arc, un drum va fi de asemenea un arc; un lac va fi un poligon dar
i o suprafa mpdurit va fi un poligon. n sistemul raster, imaginile
sunt construite din celule numite pixeli. Pixelul, sau unitatea de
imagine, este cel mai mic element de pe o suprafa de afiare, cruia
i se poate atribui n mod independent o intensitate sau o culoare.
Fiecrui pixel i se va atribui un numr care va fi asociat cu o
culoare. Entitile grafice sunt construite din mulimi de pixeli. Un
drum va fi reprezentat de o succeiune de pixeli de o aceeai
valoare; o suprafa mpdurit va fi identificat tot prin valoarea
pixelilor care o conin. ntre cele dou sisteme exist diferene
privind modul de stocare, manipulare i afiare a datelor. n figura 1
am nfiat, ntr-un mod simplificat, cele dou sisteme de reprezentare
ale aceleiai realiti. Am pstrat aceeai unitate de lungime pentru
sistemul vector cu dimensiunea celulei din sistemul raster.
Ambele sisteme au avantaje i dezavantaje. Principalul avantaj al
sistemului vector fa de cel raster este faptul c memorarea datelor
este mai eficient. n acest sistem doar coordonatele care descriu
trsturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Se
folosete de regul n realizarea hrilor la scar mare. n sistemul
raster fiecare pixel din imagine trebuie codificat. Diferena ntre
capacitatea de memorare nu este semnificativ pentru desene mici,
dar pentru cele mari ea devine foarte important. Grafica raster se
utilizeaz n mod normal atunci cnd este necesar s integrm hri
tematice cu date luate prin teledetecie.
I. Sistemul vector
Sistemul vector se bazeaz pe primitive grafice. Primitiva grafic
este cel mai mic element reprezentabil grafic utilizat la crearea i
stocarea unei imagini vectoriale i recunoscut ca atare de sistem.
Sistemul vectorial se bazeaz pe cinci primitive grafice:
1) PUNCTUL;
2) ARCUL (sau linia ce unete punctele);
3) NODUL (punct care marcheaz capetele unui arc sau care se afl
la contactul dintre arce);
4) POLIGONUL (arie delimitat de arce);
5) CORPUL (volum determinat de suprafee).
Obiectele cartografice simple sunt alctuite din primitive.
Obiecte cartografice mai complexe precum i obiectele geografice
sunt obinute din combinarea obiectelor simple.
n continuare vom detalia aceste noiuni ntr-o manier simplificat
avnd drept scop nelegerea lor i nu tratarea sub toate aspectele
care pot apare ntr-un soft GIS.
1) PUNCTUL este unitatea elementar n geometrie sau n captarea
fotogrametric. Nu trebuie confundat cu celula din reprezentarea
raster, deoarece el nu are nici suprafa nici dimensiune. El
reprezint o poziionare n spaiu cu 2 sau 3 dimensiuni. n figura 2 am
redat modul de afiare al punctelor, precum i modul de nregistrare
pe suport magnetic (n 2D). Fiind vorba de un calculator numeric,
nregistrarea pe suport magnetic se va face sub form de numere. Mai
precis, fiecare punct va fi nregistrat ntr-un fiier sub form de
tabel care conine dou coloane. n prima coloan va apare un numr de
identificare (care este unic), iar n a doua coloan coordonatele
punctului n sistemul de referin ales. Pentru ca aceste puncte s fie
afiate pe monitor sau imprimant, se scrie un program (ntr-un limbaj
de programare) care va conine instruciuni privitoare la
configurarea ecranului, instruciuni de citire din fiier a numerelor
care reprezint coordonatele i n final, instruciunile de afiare
pentru echipamentul de ieire (monitor sau imprimant). n cadrul
produselor GIS aceste programe sunt nglobate ntr-o structur mare
(care reprezint de fapt software GIS) i care este apelat prin
comenzi ce apar fie sub form de meniuri, fie sub form de icoane. De
exemplu o comand pe care putem s o numim View poate realiza afiarea
pe ecran, iar o comand Print va produce listarea la imprimant sau
plotter, funcie de driverul instalat pe calculatorul respectiv.
Aceasta este, n mare, modul cum este organizat un produs GIS ce
privete afiarea unui grafic. n mod similar se efectueaz i afiarea
arcelor sau a poligoanelor. Nu discutm acum felul n care se
introduc datele n calculator.
2) ARCUL este o succesiune de jonciuni (legturi) ntre o
succesiune de puncte. Este vorba de o entitate dubl, el fiind
format din una sau mai multe jonciuni, ele nsele reunind dou puncte
sau mai multe puncte. De cele mai multe ori jonciunea este o
dreapt. Astfel, un arc este, n general, o linie frnt ce unete
direct dou puncte ale parcursului. O linie frnt poate aproxima
suficient de bine orice curb prin micorarea segmentelor. Un arc
este orientat direct n sensul parcursului, de la punctul iniial la
cel final. n figura 3 am nfiat dou arce cu tabelul corespunztor. Ca
i n cazul punctelor, nregistrarea pe disc se va face sub form
tabelar. n prima coloan vom avea numrul de identificare, iar n
coloana a doua vor fi trecute toate coordonatele segmentelor care
formeaz arcul. Aici nu s-au pus n eviden nodurile (vezi modelul
spagheti). Arcul este o entitate de baz n modelele vectoriale i
este asociat cu entitatea nod (vezi modele topologice de reea).
3) NODUL este definit ca o extremitate de arc i nu trebuie
confundat cu conceptul de punct abordat mai sus. Un arc este
obligatoriu mrginit de un nod de origine i un nod destinaie (vezi
modelul topologic de reea). Nodurile indic sensul de parcurgere al
arcului. Astfel definit, fiecare nod este un vrf al unui graf. Un
graf este planar nu dac este n plan, ci dac toate interseciile
dintre arce formeaz noduri. n figura 4 am schiat o reprezentare
posibil a unor arce n care s-au identificat nodurile. n aceast
situaie fiierul conine n plus dou coloane, care vor conine nodul de
nceput i respectiv nodul final. Dei arcele 2 i 3 formeaz un
poligon, aici acesta nu este recunoscut ca atare.
4) POLIGONUL este delimitat de un parcurs de arce, ele nsele
fiind conectate de noduri definite ntr-un graf planar. Unui poligon
i este ataat n mod obligatoriu un nod izolat, numit centroid. Acest
nod privilegiat permite construirea suprafeelor n jurul lui, pn la
limitele formate de arcele ntlnite. n figura 5 am redat dou
poligoane cu tabelul corespunztor fr a se specifica proprietile lor
topologice. Combinaii de poligoane formeaz suprafee bidimensionale
sau tridimensionale (vezi DEM).
5) VOLUMELE, ca i primitive grafice, sunt tratate mai puin de
produsele soft, de aceea nu le vom detalia. Amintim doar faptul c,
anumite pachete de programe ofer posibilitatea de a lua n
considerare, de a calcula i de a reprezenta prisme sau volume
simple. Ele aproximeaz cu o precizie suficient volumele de pe hrile
reprezentate n trei dimensiuni (3D). Reprezentarea uzual a unei
suprafee n 3D se face prin diferite tehnici cum ar fi izoliniile,
TIN etc (vezi Analiz Spaial).
II. Modele vectoriale
Modelul este o reprezentare convenional a structurilor de date
ntr-un context precizat, n care se identific natura datelor (aici
primitivele grafice), operatorii care acioneaz asupra structurilor
de date, precum i restriciile impuse pentru meninerea
corectitudinii datelor (reguli de integritate).
Sistemul de reprezentare vector a generat mai multe modele,
dintre care vom prezenta trei, ele fiind i cele mai importante i
cele mai reprezentative:
1) modelul spagheti, care utilizeaz numai primitivele punct i
arc;
2) modelul topologic de reea (topologic liniar), care adaug la
spagheti primitiva nod;
3) modelul topologic de suprafa (topologic n dou dimensiuni),
care la precedentul adaug primitiva poligon.
Modelul topologic de volum (topologic n 3D), actualmente n curs
de dezvoltare, nu va fi abordat.
Modelul spagheti este un model relativ simplu privitor la
gestiunea geometriei obiectelor, avnd ca scop principal de a le
desena. Aa cum am precizat acest model utilizeaz primele dou
primitive menionate: PUNCTUL i ARCUL. Aa cum am mai amintit,
noiunea de arc este specific modelelor vectoriale topologice, care
n mod implicit (dac lum definiia din teoria grafurilor) trebuie s
aib o orientare, adic un punct de start i un punct de sfrit. Aici
arcul este de fapt o simpl linie frnt. Uneori se folosete i
termenul de polilinie. Poate c apare o anumit ambiguitate n
definirea arcului. Acest lucru este similar cu confuzia dintre dat
i informaie. Stricto senso noiunea de arc nu poate fi utilizat n
modelul spagheti, situaie care nu se respect ntotdeauna.
Este important de menionat faptul c, n acest model, poligonul
este un rezultat al nchiderii unui arc i nu este privit ca o
primitiv grafic, deci nerecunoscut ca atare.
Neajunsuri ale modelului spagheti:
- graful nu este ntotdeauna planar (poligoanele se pot
suprapune);
- fiecare arc este independent (pot apare linii dublate);
- fiecare poligon poate fi descris n mod independent de
celelalte poligoane prin arcul care l delimiteaz, mai precis el
este recunoscut prin arcul nchis care formeaz conturul su.
n figura 6 am nfiat cteva situaii posibile n cazul modelului
spagheti care pot crea probleme n gestiunea datelor spaiale. n
general fiierele DXF sunt de tip spagheti. Ele pot fi citite i
afiate de produsele GIS, dar nu i prelucrate. Pentru a putea fi
prelucrate acestea trebuiesc supuse unor operaii (conversii),
rezultatul fiind un fiier propriu al produsului GIS
respectiv.Urmtoarele dou modele se numesc modele topologice.
Termenul a fost mprumutat din matematic. n ceea ce ne privete,
putem accepta faptul c topologia studiaz poziia relativ a
obiectelor independente de forma lor exact, de localizarea lor
topografic i de mrimea lor. Astfel liniile pot fi conectate,
suprafeele pot fi adiacente etc. Cu alte cuvinte topologia exprim
relaia spaial dintre primitivele grafice. De exemplu topologia unui
arc include definirea nodului de origine i a nodului de destinaie
(n cazul modelului topologic de reea) i respectiv a poligonului din
stnga i dreapta (n cazul modelului topologic de suprafa). Datele
redundante (coordonatele) sunt eliminate deoarece un arc poate
reprezenta o linie sau numai o parte din ea. Altfel spus este vorba
de o localizare fr coordonate. Existena relaiilor topologice
permite o analiz geografic mai eficient, cum ar fi modelarea
scurgerii lichidelor pe reelele de ap/canal, combinarea
poligoanelor (suprafeelor) cu caracteristici similare.
2) Modelul topologic de reea adaug modelului spagheti entitatea
numit nod. Exist noduri izolate, independente de reeaua de
conexiuni, precum i noduri legate. Un arc are obligatoriu un nod
origine i un nod destinaie. Pe traseul unui arc pot exista mai
multe noduri, acestea ns aparin numai la un singur arc (atunci cnd
avem intersecii de arce i graful este planar).
Se utilizeaz cu precdere n hrile ce reprezint distribuii ntr-o
reea (cabluri telefonice, electricitate, gaz etc.)
n figura 7 avem un exemplu de codificare topologic de reea.
Reprezint o hart posibil a unei reele de drumuri. Se observ c
nregistrarea const din dou tabele: unul pentru codificarea
topologic i altul pentru lista coordonatelor punctelor ce formeaz
arcele, respectiv reeaua.
3) Modelul topologic de suprafa este cel mai complet. El adaug
modelului topologic de reea poligoanele delimitate la stnga i la
dreapta fiecrui arc. n plus suprafaa este construit obligatoriu n
jurul unui nod izolat, care nu aparine parcursului arcelor.
Apariia suprafeei induce dou asociaii suplimentare: un arc are
obligatoriu un singur poligon la stnga i un singur poligon la
dreapta. Invers, un poligon este situat, fie la stnga, fie la
dreapta unui arc sau a mai multor arce. n fine, graful acestui
model este obligatoriu planar. n figura 8 avem un caz posibil de
hart vectorial n codificarea topologic de suprafa. Nodurile nu au
fost numerotate deoarece, n acest caz nu mai este necesar.Sistemul
rasterSistemul raster genereaz un singur model numit model raster,
sau model matricial. Aa cum am vzut, acesta este compus din celule
mici de form ptrat sau dreptungiuriular, avnd o suprafa de regul
egal cu rezoluia sistemului. Am spus de regul, deoarece nu
ntotdeauna pixelul este considerat ca unitatea de referin, ci
celula convenional, care este format din mai muli pixeli. Acest
lucru este relevant atunci cnd pe o hart n sistem raster se face o
scalare (adic se aplic un factor de multiplicare a imaginii) pe o
poriune din ea. Imaginea va fi constituit din ptrate, iar
continuitatea se pierde. n prima sa form, sau dac vrei n forma
original, pentru a satisface cerinele de acuratee, harta digital
raster va avea celula egal cu un pixel. nc o dat precizm c este
vorba de reprezentarea intern a hrii, care poate s coincid sau nu
cu rezoluia monitorului sau a altor echipamente (plotter,
imprimant). n cazul n care monitorul are o rezoluie mai slab dect
cea reprezentat intern, harta vizualizat va avea acurateea
monitorului, adic mai slab. Invers dac monitorul are o rezoluie mai
bun, afiarea va fi la nivelul rezoluiei interne. Totui exist o
anumit corelare ntre posibilitile programelor de manipulare a
datelor i de performanele echipamentelor periferice. De altfel,
fiecare produs soft ofer o list cu echipamentele I/E cu care este
compatibil. Orice abateri de la aceste reguli conduce la
imposibilitatea funcionrii corecte a programelor.
n general sistemul raster este un mare consumator de resurse.
Pentru a ilustra necesarul de suport n stocarea unei hri n format
raster, vom da cteva exemple. O imagine format A4 (210x297 mm),
reprezint, cu o rezoluie a unei imprimante laser, aproximativ 9
milioane de celule (300 d.p.i = 12 puncte/mm i 12x12 = 144
puncte/mm2 i 144x210x297=8981280).
Modelul raster este simplu, el coninnd dou entiti: celula i
imaginea. Este important de notat c o celul nu are dect o singur
valoare i c aceast valoare este valabil pe toat suprafaa celulei,
chiar dac n procesul de actualizare sunt disponibile informaii mai
fine. Poziia ei este definit prin numr de linie i numr de coloan
ntr-o imagine i numai una. Este clar c n aceast entitate nu intr
obiectele geografice. Acestea din urm nu pot fi recunoscute dect
dup tema imaginii i valoarea de atribut a fiecrei celule. O imagine
presupune una sau mai multe celule. Fiecare imagine este definit de
tema sa i de un numr de imagine. Teritoriul care conine aceast
imagine este definit de coordonate i de extremiti. Aceste
caracteristici conin i unitatea de msur i atributul fiecrei celule.
n consecin putem rezuma:
CELULA IMAGINEA
valoare tem
- nr linie nr imagine
- nr coloan X,Y minim
X,Y maxim
Dup cum ai observat, se uziteaz denumirea de imagine raster i nu
de hart raster. Aceasta deoarece imaginile digitale sunt n format
raster. Atragem atenia de pe acum c, o imagine satelitar digital nu
este propriu-zis o hart. Ci din aceast imagine, n urma procesrii ei
i a codificrii proprii unui soft cartografic (sau GIS) va rezulta o
hart digital. Deci trebuie s fim ateni atunci cnd vorbim despre
imagine raster s se neleag exact ce reprezint aceasta.
n figura 9 avem o hart raster n care pixelii sunt reprezentai
prin numere. Aceste numere care, n fond le corespund anumite
caracteristici cantitative de pe suprafaa Pmntului, se convertesc
la o afiare pe un monitor, n culori. Aceasta este aa-numita
reprezentare logic a hrii. Aa cum am amintit mai sus, un pixel este
definit de un numr de linie i un numr de coloan. Spre deosebire de
modelele vector n care originea este n stnga jos, aici originea
este n stnga sus (0,0). n figura 10 avem o matrice de celule de 8
linii x 13 coloane. Aceasta se materializeaz printr-un fiier care
va conine numerele respective. Numrtoarea celulelor merge de la
stnga la dreapta i de sus n jos. nregistrarea fizic a imaginii este
o singur coloan lung de numere format, n cazul nostru:
0,0,0,1,1,1,2,1,1,0,0,1,1,3,3,3,1,3,3,2,2... Aceste numere pot fi
reprezentate intern prin bytes, numere ntregi sau numere reale.
Reprezentarea unui numr pe un byte implic 8 bii i deci 256 de
posibiliti; n cazul numerelor ntregi avem gama -32768 pn la 32767,
adic 65435 variante i sunt necesari 2 bytes; pentru cazul real avem
un domeniu vast i anume -1038, +1038, cu o precizie de 7 cifre
semnificative, pe 4 bytes. De cele mai multe ori este suficient
o reprezentare intern pe un byte (situaie ntlnit i la imaginile
satelitare). ns anumite prelucrri asupra hrilor conduce la
necesitatea reprezentrii n numere reale. Numrul de bytes utilizai n
reprezentare, va decide volumul ocupat pe disc.
Se observ c o succesiune de numere aa cum am fcut mai sus este
cu totul neeconomic. n consecin s-a adoptat un sistem de
reprezentare "mpachetat" de genul: 3,0,3,1,1,2,2,1,2, 0,2,1,3,3...
care semnific 3 valori de 0, 3 de 1, o valoare de 2 etc. n acest
mod avem o economie important dac valorile se repet mult n
secven.
O alt metod mai eficient de stocare a datelor raster este cea
bazat pe structura ierarhic cunoscut sub numele de quad-tree.
Principiul este urmtorul: imaginea este mprit n patru, rezultnd
patru dreptunghiuri sau ptrate mai mici (pe care le vom numi
quadrante), fiecare quadrant se mparte din nou n patru. Procedeul
se repet pn cnd se obin quadrante cu o structur omogen (adic au
aceeai valoare a pixelilor). Mai precis, n momentul n care un
quadrant are o aceeai valoare pe ntreaga suprafa descompunerea este
oprit pe acest ramur, ea continund pentru quadrantele care prezint
valori diferite ale pixelilor. n orice caz procesul se oprete la
nivel de pixel (Figura 11). Am ales pentru exemplificare o
reprezentare boolean adic 1 i 0 (1 pentru negru i 0 pentru fond),
aa cum este nfiat n figura 12. Structura arborelui este dat n
figura 13. Pentru imagini cu valori diferite ale pixelilor,
structura este similar, doar c este mai complex. Aceast metod de
stocare este eficient cnd imaginea conine suprafee mari de o aceeai
valoare. Imaginea raster va fi asociat cu un tabel de pointere care
localizeaz quadrantul din cadrul descompunerii i un tabel de indici
care arat de cte ori a fost mprit quadrantul.
Fiierul imagine poate fi stocat n format ASCII, binar, binar
mpachetat, quad-tree, sau ntr-o codificare proprie. Formatul ASCII
nu este cel mai economicos, dar prezint avantajul c poate fi
vizualizat i modificat cu comenzi ale Norton Commander sau Notepad
din Windows. Formatul binar este, de obicei, formatul standard de
lucru cu fiierele imagine. Formatul binar mpachetat este un format
special de compresie pentru fiiere binare ntregi sau byte. Se
utilizeaz, de regul, pentru economisirea spaiului pe disc.
O mulime de pixeli nvecinai formeaz linii i arii poligonale. n
acest sistem liniile i ariile poligonale nu conserv continuitatea
spaiului real, de unde rezult o deformare a realitii spaiale.
Mrimea acestei deformri este n funcie de rezoluia utilizat. La ora
actual, la sistemele de mare rezoluie aceast deformare este
acceptabil.
Calitatea imaginilor raster este pus n valoare atunci cnd se
reprezint fenomene de mare variabilitate. De exemplu, altimetria i
batimetria se preteaz mai bine la o astfel de reprezentare. Analiza
la nivel de celul permite evidenierea unor proprieti importante ale
terenului, cum ar fi depistarea unor arbori bolnavi. Aceasta
depinde i de scara la care se lucreaz. Datorit simplitii lor,
reprezentrile raster se preteaz la anumite tipuri de analiz. Dac o
celul nu poate s aib dect o singur valoare, nu nseamn c nu este
posibil combinarea mai multor pixeli din imagini diferite, prin
suprapunere. Combinarea straturilor face obiectul Analizei Spaiale.
Programele care compun procedurile de calcul pe imagini raster sunt
mai simple dect cele corespunztoare modelelor vectoriale. Timpul de
execuie, ns, poate fi mai scurt sau mai lung, funcie de mrimea
fiierului i de performanele procesorului.Caracteristici ale hrilor
digitale
Rezoluia n sistem vector, reprezint cel mai mic increment pe
care l poate detecta un digitizor. Sau altfel spus, distana cea mai
mic dintre dou puncte care este sesizat prin sistemul de
coordonate, ca fiind diferite. Aceast caracteristic depinde de
echipamentul i softul utilizat n crearea hrii precum i de
prelucrarea i afiarea ei pe monitor sau plotter. Acest increment,
referit n teren, este dependent de scara hrii. La o scar mic
distanei dintre dou puncte i corespunde o distan real mai mare. De
exemplu la o scar 1:500000 un digitizor cu un increment de 0.1 mm
va produce o distan real de 50 m. Deci nu se pot sesiza
caracteristici geografice sub aceast dimensiune. Apariia unor
caracteristici care au dimensiuni sub 50 m, cum ar fi de exemplu
reeaua de drumuri, este dictat de scopul pentru care a fost fcut
harta. Drumurile sunt reprezentate prin semne convenionale i deci
nu reprezint o dimensiune real n teren la aceast scar. La scara
1:25000 un acelai increment de 0.1 mm va produce n teren o distan
real de 2.5 m. n aceast situaie drumurile vor reprezenta
caracteristici geografice reale (i nu convenionale) avnd definit i
limea, ntr-o marj de eroare de 2.5 m. De cele mai multe ori i la
aceast scar se folosesc tot semne convenionale. Precizm faptul c,
rezoluia digitizoarelor este mult mai bun dect valoarea dat ca
exemplu, problema preciziei find transferat abilitii
operatorului.
n sistemul raster rezoluia reprezint dimensiunea maxim din teren
care i corespunde unui pixel (definiia este aceeai cu cea a
rezoluiei unei imagini digitale). De exemplu o rezoluie de 10 m
nseamn c, un pixel este asociat cu o suprafa de 10x10 mp. i n
sistem raster situaia este similar, adic nu se sesizeaz
caracteristici geografice sub rezoluia hrii. Deoarece sistemul
raster se utilizeaz n special pentru reprezentarea suprafeelor
continue nu se folosesc semne convenionale pentru caracteristici
geografice liniare. n cadrul unor proiecte se utilizeaz combinaii
ntre vector i raster, cum ar fi suprapunerea unei hri vectoriale
peste o imagine raster, n vederea unei analize. Evident, se
presupune c acestea reprezint un acelai areal la aceeai scar.
Exist o legtur strns ntre georefereniere (vezi mai jos) i
rezoluie. Cnd se face asocierea unor puncte de coordonate
geografice cunoscute din teren cu componentele de pe o hart,
precizia asocierii este la limita rezoluiei. Cu alte cuvinte,
determinarea cu o precizie mai bun a unui punct din teren dect
rezoluia hrii devine un lucru util. De exemplu la o hart de 1:25000
un punct este suficient dac este determinat un punct cu o precizie
de 2.5 m.
Acurateea este distana la care o valoare estimat difer de
valoarea real. Acurateea este strns legat de precizie, cu care
deseori se confund. n msurtorile fizice precizia reprezint numrul
de cifre semnificative exprimate ntr-un anumit sistem. Acurateea
este exprimat n mod obinuit n termeni ai unui interval. De exemplu,
24.510.03 cm indic faptul c valoarea adevrat se gsete ntre 24.48 cm
i 24.54 cm.
Acurateea poziional este una din problemele eseniale ale
georeferenierii. n cartografia tradiional acurateea este invers
proporional cu scara. De exemplu, o hart la scara 1:10000 are o
acuratee mai bun dect una la 1:100000. n cazul hrilor digitale
situaia este mai complex deoarece n cadrul GIS putem avea hri n
diferite sisteme de coordonate (n cazul vector) sau diferite
rezoluii (n cazul raster), iar problema considerrii lor iese din
cadrul lucrrii de fa.
GEOREFERENIEREA DATELOR SPAIALE
Procesul de asociere a hrilor digitale cu coordonate geografice
reale poart numele de georefereniere. Exist i aplicaii n care nu
este necesar trecerea la coordonate reale, fiind suficient un
sistem local de coordonate (carteziene).
n sistem vector, procesul const n identificarea cu mare precizie
a coordonatelor reale a patru puncte, iar apoi transformarea
tuturor punctelor se face pe baza formulelor de transformare. Acest
proces poart denumirea de georefereniere continu. Formulele de
transformare cel mai des utilizate sunt cele ale transformrii
afine:
Xc = A + BXd + CYd
Yc = D + EXd + FYd
Prin precizarea a trei puncte cu coordonate cunoscute se formeaz
un sistem de ase ecuaii cu ase necunoscute, rezolvarea acestuia
genernd i coordonatele geografice reale.
n cadrul sistemului raster, procedeul este asemntor, doar c se
identific cu precizie coordonatele unui pixel din imagine, ceea ce
prezint un grad de dificultate mai ridicat.
Acest lucru este determinat de faptul c pixelul reprezint o
suprafa de teren. Cu ct aceast suprafa este mai mare (rezoluia hrii
este mai mic), cu att coordonatele vor fi mai incerte (mai
inexacte). Dup identificarea a patru astfel de pixeli, transpunerea
hrii n coordonate reale se face utiliznd formulele de
transformare.
n aceast situaie transformarea este mult mai dificil i experiena
utilizatorului este foarte important deoarece o hart n format
analogic poate suferi o serie ntreag de deformri, formulele de
transformare utilizate depinznd n mare msur de acestea.
Geocodificarea. Baza de date Geografic.
Asocierea datelor tabelare cu cele spaiale este o operaie mai
special i de fapt reprezint partea care deosebete un GIS de produse
soft pentru cartografie digital (care au ca scop doar crearea de
hri digitale i reproducerea lor pe suport de hrtie), de un SGBD
tradiional, de produsele CAD sau de programele de grafic cum ar fi
Corel Draw sau Freehand. Procesul de legare (asociere) a celor dou
categorii de date se numete geocodificare. Operaiunea este diferit
de la un sistem la altul. La sistemul vector fiecare primitiv
grafic este asociat cu un tabel, care se numete tabel atribut i
care conine date alfanumerice referitoare la caracteristici ale
respectivei primitive grafice.Trebuie remarcat faptul c, la crearea
hrii digitale vectoriale se creeaz automat i tabela de atribut care
conine un minim de informaie referitoare la ceea ce reprezint
primitiva grafic. Ulterior se permite modificarea coninutului
cmpurilor, precum i adguarea altor tabele suplimentare la tabela de
atribut la aceasta.n sistemul raster, tabela de atribut va conine
drept cod numrul asociat pixelului, iar procesul decurge similar. O
particularitate a sistemului raster este c, atributul poate s fie
coninut n imagine.
Tehnici de intoducere a datelor spaialeIntroducerea datelor
cartografice nu este simpl. Dac datele disponibile sunt n form
analogic, cum ar fi hri pe suport de hrtie sau fotograme ele
trebuie convertite n form digital nainte de a fi importate n GIS.
Sunt dou ci pentru a realiza aceast conversie: digitizarea i
scanarea.
Procesul de digitizare const n transformarea datelor grafice din
format analogic n format digital. Aceast aciune presupune existena
unui digitizor conectat la un calculator i prevzut cu un soft
specializat.Procesul de digitizare
Procesul de digitizare propriu-zis presupune urmtoarele
etape:
Fixarea punctelor de control i apoi digitizarea lor. Dup aceast
operaiune se va afia o eroare calculat prin metoda celor mai mici
ptrate (RMSE Root Mean Square Error). Dac eroarea este acceptat, se
va trece la pasul urmtor, n caz contrar procesul se reia.
Fixarea dinensiunilor hrii.
Digitizarea punctelor.
Digitizarea arcelor.
Digitizarea poligoanelor (dac este permis n acel strat).
Salvarea fiierului.
Procesul de digitizare include i introducerea codurilor de
identificare ale primitivelor grafice care permit legarea acestora
cu datele atribut. Acestea se introduc de la tastatur sau cu
ajutorul butoanelor de pe cursor, dac acest lucru permite i a fost
stabilit dinainte.
ScanareaProcesul de scanare const n conversia datelor din format
analogic (cum sunt hrile tradiionale pe suport de hrtie, imagini
aeriene, sau orice alt imagine) n format digital. Modul n care se
realizeaz scanarea este urmtorul: imaginea este mprit n puncte
(matrice de puncte) fiecruia atribuindu-i-se un numr n conformitate
cu nuana de gri sau culoarea de pe original. Procesul este analog
cu fotocopierea. Un fotocopiator scaneaz imaginea i apoi o
reproduce imediat pe hrtie. Un scaner copiaz imaginea i apoi o
stocheaz ntr-un fiier raster, care ulterior poate fi prelucrat
utiliznd un produs de procesare de imagini. Cel mai uzual format
este TIFF (Tag Image File Format). Rezultatul va fi un fiier n
sistem de reprezentare raster. Acest fiier se poate utiliza fie
pentru o simpl afiare sau n combinaie cu alte elemente ale BDS (hri
vectoriale sau imagini), fie pentru a obine o hart vectorial.
Dup scanare, urmtoarea faz este editarea, n care, dup ce am
determinat precis, cele trei categorii de date: date utile (puncte,
linii, poligoane), simboluri (adnotaii sau semne convenionale) i
zgomot se procedeaz la urmtoarele operaiuni:
ndeprtarea zgomotului;
ndeprtarea simbolurilor (dac este necesar);
vectorizarea;
adugarea de date suplimentare (dac este necesar);
corecia erorilor;
geocodificarea;
crearea topologiei;
georeferenierea.
Zgomotul este un termen preluat din acustic, i reprezint date
care sunt nregistrate i nu sunt utile, datorit unor perturbaii
aprute n procesul de scanare. Dac fiierul raster rezultat va fi
folosit doar ca o simpl imagine compilat, doar zgomotul trebuie
ndeprtat. n cazul n care aceasta se dorete a fi un strat tematic
(coverage) trebuie ndeprtate i simbolurile. La o prelucrare i o
imprimare ulterioar acestea vor fi adugate pe hart conform
regulilor produsului GIS folosit.
Date preluate prin GPS
Capacitatea de a cunoate poziia exact i distana fa de un anumit
obiectiv este crucial pentru foarte multe activiti. De-a lungul
timpului, mai multe tipuri de tehnologii au ncercat, cu mai mult
sau mai puin succes, s ajute la realizarea acestui deziderat.
Dintre toate acestea, una a reuit s schimbe n mod radical sistemul
de poziionare. Actualmente este posibil s se msoare poziia geodezic
a unui punct de pe suprafaa Pmntului, cu o eroare de civa
centimetri, fr a utiliza reperele geodezice existente.
Dezvoltat de ctre Departamentul Aprrii al S.U.A, GPS (Global
Positioning System) este un sistem de orientare global bazat pe 24
de satelii care orbiteaz deasupra Pmntului. Sistemul are la baz
procedeul numit i triangulaie spaial, n care pe lng staia mobil de
la sol sunt implicai nc patru satelii.
Staiile GPS utilizeaz aceti satelii pentru a calcula poziia cu o
precizie mai mare de un metru. De fapt, cu forme avansate ale GPS
se pot face msurtori cu o precizie mai mare de un centimetru.
Deoarece sateliii sunt pe o orbit foarte nalt, ei evit erorile
cauzate de suprafaa terestr i, fiind concepute n principal pentru
scopuri strategice, produsele GPS au o rezisten mare la interferene
de und.
Staiile GPS sunt n prezent mai mici i mai economice dect nainte,
devenind cu adevrat accesibile oricui. Datorit caracteristicilor i
accesibilitii sale, aplicaiile GPS sunt aproape nelimitate: oameni
de tiin, militari, personalul din transporturi i oameni din multe
alte domenii utilizeaz GPS pentru a-i face munca mai productiv i
mai uoar.
Principiile fundamentale ale GPS sunt destul de simple. n primul
rnd, pentru a afla poziia exact, sistemul folosete ca metod de baz
triangulaia. Pentru a face triangulaia, o staie GPS msoar distana
pn la satelit, calculnd ct timp i este necesar semnalului radio
emis de satelit s ajung la ea. Acest interval de timp poate fi uor
determinat, deoarece undele electromagnetice circul cu viteza
luminii. Un element care dac nu este stabilit clar poate genera
erori este determinarea exact a momentului cnd semnalul radio pleac
de la satelit. Pentru a face acest lucru constructorii sistemului
GPS au sincronizat satelitii i receptoarele astfel nct ele genereaz
acelai semnal radio codificat (pseudo random code) materializat
printr-o succesiune de cifre binare (0 i 1), pe o lungime de und n
domeniul radio, n acelai moment. Ulterior se primesc codurile de la
satelit i se msoar intervalul de timp scurs pn cnd receptorul
genereaz acelai cod.
Pentru a determina pozitia exact receptoarele calculeaz
distanele msurate pn la patru satelii diferii. De fapt msurtorile
de la trei satelii sunt suficiente pentru a stabili o poziionare
tridimensional (latitudine, longitudine, altitudine). Oricum, cea
de-a patra este folosit pentru a verifica semnalul i pentru
eventuale corecii.
Aceasta se datorete faptului c staiile staiile de la sol nu
folosesc un sistem precis de msurare a timpului asemntoare celor
instalate pe satelii (ceasuri atomice), ci ceasuri cu cuar, care au
o precizie de 10-9 secunde (n cazul de staiilor performante).
Pentru ca aceti satelii s poat fi utilizai ca sisteme de referin
pentru msurtorile de distan, trebuie cunoscut poziia lor exact.
"Constelaia" sateliilor GPS (dup P.H.Dana, 1994)
(21 de satelii, 3 satelii operaionali de rezerv, 6 planuri
orbitale, 55( nclinare,
20200 km altitudine, perioada de rotaie12ore) Orbitele foarte
stabile i exacte ale sateliilor la 20000 km altitudine, precum i
monitorizarea foarte exact a lor, asigur acurateea semnalului
radio. La sfritul msurtorilor trebuie executate corecii asupra
uoarelor perturbaii ale semnalului.
Unul dintre principalii perturbatori ai semnalului este
atmosfera terestr, care poate deregla semnalul la trecerea prin ea.
Dup cum se tie, ptura nalt a atmosferei, ionosfera, conine
particule ncrcate i influeneaz propagarea undelor electromagnetice.
Cu ct lungimea de und este mai mare, cu att semnalul este mai frnat
(poate genera erori de pn la 10 m). Troposfera poate induce erori n
semnal cu circa 1 m datorit faptului c ea nregistreaz modificri de
temperatur, presiune i umiditate. Un alt factor perturbator sunt
vaporii de ap din atmosfer, dar acest fenomen este aproape
imposibil de corectat.
O alt cauz perturbatoare poate fi prezena unor obstrucii locale
(cldiri nalte) pe care semnalul le ntlnete nainte de a ajunge la
staie.
n unele cazuri chiar i poziionarea sateliilor poate produce
erori: cu ct sateliii folosii n msurtori sunt mai apropiai, cu att
rezultatul msurtorii poate fi mai slab.
La aceste perturbaii se mai adaug faptul c Departamentul Aprrii
al SUA, n scopuri strategice, reduce acurateea semnalului n mod
intenionat, introducnd o und perturbatoare.
n scopuri militare sunt folosite canale speciale de transmitere
a datelor, n timp ce pentru ceilali utilizatori exist un cod
standard numit C/A code (Course/Acquisition code) numit i cod
civil. Evident domeniul acesta este afectat de perturbaii. Aceast
aciune poart denumirea de disponibilitate selectiv (Selective
Availability) i poate conduce la o eroare de cteva sute de
metri.
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 1 Reprezentarea vector i raster
a aceluiai areal
EMBED MS_ClipArt_Gallery
Figura 2 Reprezentarea grafic i tabelar a punctelor
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 3 Reprezentarea grafic i tabelar
a arcelor fr specificarea nodurilor
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 4 Reprezentarea grafic i tabelar
a arcelor cu specificarea nodurilor
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 5 Reprezentarea grafic i tabelar
a poligoanelor
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 6 Model vectorial de tip
spagheti
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 7 Modelul topologic de reea
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 8 Modelul topologic de
suprafa
EMBED MS_ClipArt_Gallery
Figura 10 Modelul raster nfiat ca o matrice de numere
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 12 mprirea n quadrante
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 11 Structura quad-tree
EMBED MS_ClipArt_Gallery Figura 13 Structura arborescent
quad-tree
EMBED MS_ClipArt_Gallery
Figura 27 Digitizorul sau tableta grafic
PAGE 26
_1139842840.unknown
_1173949731.unknown