2. přednáška z předmětu GIS1 Data a datové modely
Vyučující: Ing. Jan Pacina, Ph.D. e-mail:
[email protected] Pro přednášku byly použity texty a obrázky z www.gis.zcu.cz Předmět KMA/UGI, autor Ing. K. Jedlička
Datové modelování V geoinformatice se nezaobíráme reálnými objekty, ale z důvodu zjednodušené reprezentace – modelem reality. Modelování - abstrahování týkající se všech součástí geografické informace - geometrické, topologické, tématické i dynamické.
Základní pojmy Data - údaje získané měřením, pozorováním nebo jen pouhým zaznamenáním z reálné skutečnosti • analogová data – mapa • alfanumerická data - tabulka • číselná data - číselná matice • digitální data - počítačový soubor Informace - význam přisuzovaný datům a vztahům mezi nimi Prostorová data - polohově lokalizovaná data – většinou grafická Atributová data - popisují kvalitativní a kvantitativní charakteristiky prostorových dat – negrafická data Metadata - data, popisující obsah, reprezentaci, rozsah, prostorový referenční systém, kvalitativní aspekty využití digitálních dat
Základní pojmy
Entita (objekt, o kterém je v databázi uložena informace (osoba, zvíře, věc, jev reálného světa), musí být rozlišitelná od ostatních entit a existovat nezávisle na nich) Typ entity (množina objektů stejného typu charakterizovaná názvem typu a popsaná pomocí jejich vlastností (atributů) Atribut • charakteristika, vlastnost entity, údaj o objektu atribut přiřadí každé entitě • hodnotu z určité neprázdné množiny hodnot • domény atributu (obor hodnot atributu) • je zadán identifikátorem (svým názvem) datovým typem Geoprvek = prostorový objekt modelový obraz objektu reálného světa, který je dále nedělitelný a který je lokalizován
Vzájemné vztahy
Přednosti digitálních dat Obecně Společný základní formát „nul a jedniček“ Snadno se kopírují Rychlý přenos Malá náročnost na skladovací prostor Odolnost fyzickému zastarávání V GIS prostředí Přesné a rychlé měření Překrývání vrstev Změna měřítka Přiblížení a výřez Doplňování údajů
Data v digitální formě se snadněji zobrazují, přetvářejí a analyzují.
Aspekty prostorových dat
• Prostorový aspekt projevuje se se změnou vlastností jevu z místa na místo • Topologický aspekt popisuje vzájemné prostorové vztahy mezi prvky • Atributový (tematický) aspekt charakterizuje změnu jevu v jeho vlastnostech (od jedné vrstvy k jiné) • Časový aspekt odráží změnu jevu v čase (od jednoho záznamu ke druhému) • Popisujeme-li reálný jev, považujeme jeden aspekt za “pevný”, jeden aspekt za “kontrolovaný” a třetí za “sledovaný” (sčítání lidu v roce 1991 po kat. územích)
Reprezentace dat (datový model)
vektorový datový model X rastrový datový model
Vektorová vs. rastrová data
Základní geometrické objekty • Bod – nemá délku, hloubku ani šířku - bezrozměrný (0D) geoprvek – je jednotlivý pár souřadnic X, Y, reprezentující geografický prvek – je příliš malý na to, aby byl zobrazen jako linie či plocha • Linie – má délku, ale nemá šířku ani hloubku jednorozměrný (1D) geoprvek – sled orientovaných úseček (hran) definovaných souřadnicemi vrcholů (vertex) mezi dvěma uzly (nodes) – tvar reprezentovaného geografického prvku je příliš úzký na to, aby mohl být zobrazen jako plocha • Polygon – má délku a šířku, ale nemá hloubku - dvojrozměrný (2D) geoprvek – uzavřený obrazec, jehož hranicí je uzavřená linie
Základní geometrické objekty
Možné přístupy k vektorovým datům Vrstvový přístup: Jednotlivá data jsou obvykle organizována v tématických vrstvách (layer, theme, coverage). Tento jednoduchý princip vychází z používaného způsobu při vytváření map v kartografii, kde je obsah mapu dělen do vrstev podle barev. V GIS se ale, a to je velice důležité si uvědomit, data dělí skutečně podle tématiky. Například zatímco v kartografii je v jedné vrstvě třeba polohopis a antropogenní (lidskou rukou vytvořené či upravené) prvky výškopisu, protože v mapě je obojí výsledně stejnou barvou, pak v GIS je nutno takovouto kartografickou vrstvu rozdělit na minimálně dvě tématické vrstvy , které se využívají v GIS. I v GIS se však vrstvový model ukázal jako velice univerzální a mocný. Reprezentace komplexního světa pomocí jednoduchých tématických vrstev nám snadněji umožňuje zorganizovat a pochopit vztahy mezi jednotlivými jevy.
Možné přístupy k vektorovým datům Objektový přístup: Dalším způsobem, jak mohou být data organizována je tzv. objektový přístup. Ten je založen na principech objektově orientovaného programování a získává na oblibě hlavně v posledních letech. Jeho hlavními znaky jsou: • každý objekt obsahuje geometrii, topologii, tématiku (atributy) a dále i chování (metody), • objekty je možné sdružovat do tříd objektů, objekt je pak instancí (prvkem) takovéto třídy, • je možné vytvářet hierarchické vztahy mezi objekty (rodič - potomek), • atributy a metody je možně dědit.
Datové modely • Špagetový model – přímý přepis klasické mapy do digitální podoby (neefektivní pro prostorové analýzy) • Topologický model – zákl. prvkem je hrana. Každá hrana má označení, souřadnice koncových uzlů a jméno levého a pravého polygonu • Hierarchický vektorový model – ukládá zvlášť info o bodech, liniích a plochách v hierarchické struktuře.
topologický model
špagetový model
Atributy • popisuje negeometrickou vlastnost entity • každý atribut je obecně tvořen dvojicí: Název – jakou vlastnost popisuje (nap. barva) Hodnota – konkrétní případ (nap. zelená) • pro každou vlastnost nejvýše jedna hodnota • pokud hodnota neexistuje, nebyla vložena, je potřeba to ošetřit (nap. –99,-1,0,99, nechat prázdný atribut)
Atributy
Typy atributových dat
• číslo • výčet - např. pro typ silnice to může být (dálnice, rychlostní silnice, silnice 1.třídy, silnice 2.třídy, ostatní silnice) • text • logická hodnota • datum – čas • obrazová informace
