curs gis

5/8/2018 Curs GIS - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/curs-gis-559ac1575d8e2 1/27

SCURT ISTORIC AL CARTOGRAFIEI

Informaţiile documentare despre hăr ţi ne arată că ele au existat încă dinainteaerei noastr ă: au fost găsite schiţe primitive la egipteni, chinezi, canadieni, amerindieni

realizate pe suporturi foarte variate începând de la os, coji de copac, nisip, lemn, pietre,etc. Conţinutul acestor schiţe se refer ă la suprafeţe restrânse şi reprezintă diferită elemente ale cadrului natural ca reţeaua hidrografică, lacurile, pădurile, peşterile.

Cea mai veche hartă ajunsă în România, zgâriată pe o tablă de argint este aMesopotamiei, datând din sec. XIV-XV î.e.n.

Primele hăr ţi propru-zise apar la grecii antici. Cea dintâi hartă grecească a fostconstruită de ANAXIMADRU din MILET şi cuprinde lumea cunoscută a timpului său,înconjurată de OKEANOS, în ipoteza Pământului plan.

Cele mai remarcabile rezultate cartografice în antichitate au fost construirea

primului glob geografic de către CRATES şi imaginarea primelor sisteme de proiecţiede către HIPARH (sec. II î.e.n.) şi PTOLEMEU (sec. II e. n.).Romanii n-au îmbogăţit cu nimic baza teoretică a reprezentărilor cartografice,

chiar dacă au întocmit şi ei hăr ţi numite itinerarii, necesare în r ăzboaiele lor deexpansiune. O astfel de hartă este Tabula Peutingeriană .

În feudalism, dezvoltarea comer ţului atrage după sine întocmirea hăr ţilor legatede necesităţile practice. Astfel se construiesc hăr ţi marine de către italieni, cunoscutesub numele de portulane, care se refereaua de obicei la o bazinul unei singure mări.

Secolul al XVI-lea se caracterizează printr-o fructuoasă şi valoroasă activitate

cartografică, cei mai importanţi reprezentanţi ai acestei perioade fiind MERCATOR şiORTELIUS (olandez). Mercator publică în anul 1578 un prim atlas de hăr ţi geograficedupă hăr ţile lui Ptolemeu, dar reconstituite şi corectate de el. La întocmirea hăr ţilor,utilizează proiecţia cartografică şi propune mai multe proiecţii, dintre care una pentrunavigaţie, care îi poartă numele, fiind folosită şi în prezent.

Sec. al XVII-lea este cunoscut prin apariţia unor atlase, care pe lângă hăr ţilerespective conţineau şi texte.

Din secolul al XVIII-lea merită amintită activitatea de întocmire a hăr ţilor lascări mijlocii şi mari. Prima hartă topografică este harta Franţei a lui Cassini la scara

1:86400.În anul 1871 are loc primul congres de geografie, unde se pune problemaalegerii meridianului de origine sau a primului meridian, probleme rezolvată în 1884 lao conferinţă special convocată la Washington, când s-a ales ca meridian de originemeridianul observatorului de la Greenwich.

La sf. sec. al XIX-lea (1891), la Congresul de la Berna, pentru unificarea hăr ţilor topografice naţionale într-o hartă internaţională s-a adoptat propunerea lui A. Penck de aconstrui o hartă a globului la scara 1:1.000.000. În 1899 s-a hotărât întocmirea unei hăr ţi

batimetrice a Oc. Planetar la scara 1:10.000.000 care a apărut în 1904.

1



Între cele două r ăzboaie mondiale s-au realizat diferite tipuri de hăr ţi şi atlase.Opera cartografică de importanţă mondială a acestei periade este Marele Atlas Sovietical Lumii.

După al doilea r ăzboi mondial, dezvoltarea cartografiei este în plină ascensiune,

se continuă cu întocmirea atlaselor naţionale, a hăr ţilor topografice pentru noile stateapărute, apariţia unor dicţionare poliglote, organizarea unor conferinţe internaţionale decartografie, etc.

După etapele „aproximărilor dimensionale, geometrizării geografiei” şi„aplicării metodelor statistice în geografie”, anii 1960 marchează debutul etapeiinformatizării cartografiei. Această etapă se identifică cu debutul GIS, ea fiindcondiţionată de perfecţionarea rapidă a calculatoarelor.

Volumul imens de informaţii cu care operează cartografia şi-a găsit pentru primadată posibilităţile de a fi valorificat (prelucrat) şi validat (în practică) prin GIS. Primii

paşi au fost marcaţi prin constituirea bazelor de date, care ulterior au putut fi utilizate şide către alţi beneficiari.

O astfel de bancă de date este compusă din datele brute (propriu-zise),neprelucrate care sunt memorate pe un suport fizic (benzi sau discuri magnetice-CD) şidintr-un sistem de programe care asigur ă introducerea, organizarea, stocarea, activareaşi prezentarea lor. Sistemul poate opera în general atât cu date cantitative cât şicalitative, exprimând valoarea parametrilor geografici dintr-un anumit punct, regiune,zonă geografică. Fiecare punct, dar şi tip de informaţie primeşte un anumit cod. Codulserveşte în actualizarea informaţiei, la cerere. Băncile de date permit înoirea informaţiei

înmagazinate, respectiv aducerea la „zi”, precum şi trierea şi regăsirea rapidă ainformaţiilor cerute, fie prin afişarea pe ecranul calculatorului (prin intermediuloperatorului uman), fie prin imprimarea informaţiei (pe imprimanta anexă computerului).

Un pas înainte în informatizarea cartografiei l-a constituit realizarea atlaselor

electronice, care pot conţine pe lângă informaţiile unei bănci de date tradiţionale, şiinformaţie sub formă grafică (hăr ţi generale, hăr ţi tematice, cartograme, blocdiagrame,cartodiagrame, profile, etc.). Atlasele electronice prezintă avantajul modificării rapide ainformaţiei conţinute sub formă grafică de la un eveniment sau fenomen geografic

prezent la unul viitor, întrunind atributul de „operaţional” şi „funcţional”.Carl Steinitz e unul din precursorii GIS-ului, el realizând primele studii

experimentale în cadrul unui laborator de grafică computerizată la Harward, laborator creat în 1965 cu o donaţie Ford. Programele create, testate şi r ăspândite de aici au fost:

- SYMAP - program de cartografiere automată;- CALFORM - program de cartografiere cu pen-plotter;- SYMVU - program de cartografiere suprafaţă-perspectivă;- POLYURT - program de manipulare a bazei de date cartografice;

În dezvoltarea GIS pot fi identificate cel puţin cinci etape.

2



Etapa întâia debutează cu anul 1960, când computerele se foloseau la realizareahăr ţilor şi a altor imagini care s-ar fi putut realiza şi f ăr ă computer. Analizele spaţiale şistatistice erau dificile, cu un profesionalism scăzut, iar pesimismul general era mare.

Etapa a doua începe cu anul 1970. Analizele GIS sunt mai sofisticate, iar prin

tehnicile statistice şi cartografice noi, dar şi prin metodele de analiză spaţială maicomplexe, proiectele G.I.S. trezesc un mare interes, fiind finanţate de la buget. GIS-ulinteracţionează alte discipline şi profesii, în mod deosebit ingineria. Soft-urile sunt dince în ce mai complexe şi private. Atenţia se axează pe luarea deciziilor.

Anul 1975 marcheză începutul celei de-a treia etape. Tehnica G.I.S. esteconcretizată în afişaje grafice diverse şi tridimensionale. Noutatea adusă de GIS estedată de posibilitatea referenţierii acestor date faţă de coordonatele geografice(longitudine şi latitudine).

Etapa a patra debutează odată cu anii deceniului nouă, respectiv 1980-1981.

Apariţia primelor GIS operaţionale (Sistemul Informaţional Geografic Canadian şiUnitatea Experimentală de Cartografie a Marii Britanii), încă din anii '60, este urmată înanul 1982 de sistemul ARC/INFO al firmei Environmental Systems Research Institutedin U.S.A. Deceniul al nouălea se remarcă de asemenea prin progrese spectaculoase aletehnicii de calcul. Apariţia PC-urilor şi softurilor, dar şi posibilităţilor de software înengleză şi franceză deschide o nouă etapă în existenţa GIS.

Etapa a cincea se identifică cu actualitatea sau mai precis cu ceea ce a urmatanului 1990, când pentru prima dată în istoria cartografiei româneşti putem vorbi desprefacilităţile oferite G.I.S.

HARTA Ş I PLANUL

Cea mai simplă definiţia care s-ar putea da hăr ţii este aceea de reprezentare

mic şorat ă a unei por ţ iuni din suprafa ţ a terestr ă . Definiţia enunţată are calitatea de a fifoarte concisă, dar în acelaşi timp şi neajunsul de a nu reda în întregime conţinutulnoţiunii de hartă. Acest lucru se constată la o analiză cât de sumar ă a hăr ţii. În primulrând, se constată că harta este o reprezentare în plan a suprafeţei terestre. Aceasta odeosebeşte de reprezentarea sub formă de globuri, care deşi sunt reduse ca r ăspândire

sunt cele mai corecte. În schimb, pe hartă se înregistrează deformările cunoscute.Deoarece harta redă por ţiuni mari din suprafaţa terestr ă, la realizarea ei se ţine seama decurbura suprafeţei terestre, în timp ce la planuri nu e necesar să se ţină seama decurbur ă.

O altă caracteristică uşor de observat este aceea că elementele reprezentate suntreduse pe baze matematice riguros exacte, adică la o anumită scar ă. Aceasta îi confer ă

precizia necesar ă în diferite activităţi practice sau de cercetare.De asemenea, se constată că harta nu este o fotografie a suprafeţei terestre.

Elementele suprafeţei terestre sunt redate prin nişte desene care uneori nici nu seamănă

cu elementele din natur ă. Desenele respective sunt semnele convenţionale, ceea ceînseamnă că harta este o reprezentare convenţională.

3



Se mai constată că pe hartă nu sunt redate toate elementele terenului, ci că apar în funcţie de mărimea suprafeţei reprezentate, numai elementele cele mai evidente.Deci, se poate spune că este vorba de o generalizare cartografică.

Legat de conţinutul hăr ţii se poate constata că unele hăr ţi conţin toate elementele

posibil de reprezentat (ansamblul elementelor naturale şi antropice ale unui teritoriu),fiind numite hă r ţ i generale, iar în unele apar numai un element, fiind numite hăr ţispeciale sau hă r ţ i tematice. Ţinând cont de caracteristicile menţionate se poate formulao definiţie mai completă.

Harta este o reprezentare în plan, mic şorat ă , conven ţ ional ă şi generalizat ă a

suprafe ţ ei terestre, cu fenomene naturale şi sociale de la un moment dat, realizat ă pe

principii matematice şi la o anumit ă scar ă , ţ inând cont de sfericitatea pă mântului.

Planul este o reprezentare cu acelea şi caracteristici ca şi harta, diferen ţ ele

constând în faptul că red ă o suprafa ţă mai mică de teren, însă cu mai multe detalii şi cu

o mare precizie. Deoarece scara mare nu permite redarea unei suprafe ţ e întinse deteren, por ţ iunile terestre reprezentate se consider ă plane, deci nu ţ ine cont de

sfericitatea pă mântului.

DIFERENŢIERI

HARTA PLANUL

Redă o suprafaţă mai mare de terencu detalii mai puţine în funcţie descar ă

Redă o suprafaţă mai mică de terencu multe detalii

Scara de reprezentare este mai mică decât la plan (de la 1:25000 până lascări foarte mici)

Scara de reprezentare este mare1:20000 până la 1:50

Ţine cont de curbura suprafeţeiterestre

Nu ţine cont de curbura suprafeţeiterestre

Transpunerea punctelor se face f ăr ă a folosi un sistem de proiecţie

Proiectarea punctelor de pe suprafaţaterestr ă se face cu ajutorul unei

proiecţii cartografice.

Clasificarea hărţilor

Problema clasificării hăr ţilor este foarte importantă pentru orientarea în folosireaşi studierea materialului cartografic.

Deşi nu există o clasificare cu valabilitate universală, de-a lungul timpului aufost luate în considerare diverse criterii în ordonarea materialelor cartografice.

1. În funcţie de dimensiunea teritoriului cartografiat:

-

hăr ţi modiale (planigloburi, mapamonduri, planisfere), care reprezintă întrega suprafaţă terestr ă;

4



- hăr ţi ale emisferelor pe latitudine şi respectiv longitudine;- hăr ţi ale grupelor de continente;- hăr ţi ale oceanelor şi mărilor limitrofe;- hăr ţi ale unor continente;

- hăr ţi ale unor state;- hăr ţi cu regiuni dintr-un stat.

2. În funcţie de scară:- hăr ţi la scar ă mare- hăr ţi la scar ă mijlocie- hăr ţi la scar ă mică.

3. În funcţie de conţinut:- hăr ţi generale- hăr ţi tematice sau speciale:

i. hăr ţi tematice fizico-geografice (hăr ţi hipsometrice, morfologice,ale energiei reliefului, climatice, pedologice, biogeografice,hidrologice, etc.)

ii. Hăr ţi tematice socio-economice (hăr ţi ale populaţiei, ale căilor decomunicaţie, economice calitative şi cantitative, politico-administrative, ale modului de utilizare a terenului, etc.)

4. În funcţie de destinaţie:- hăr ţi informative;- hăr ţi ştiinţifice;

- hăr ţi didactice;- hăr ţi turistice;- hăr ţi pentru navigaţie.

5. În funcţie de originalitate- minutele topografice, care constituie rezultatul direct al ridicărilor

topografice;- copiile, adică reproduceri după minutele topografice la aceeaşi scar ă;- derivatele, adică reproduceri după copiile topografice însă la scar ă

diferită (mai mică).

6. În funcţie de numărul culorilor:- hăr ţi monocrome- hăr ţi policrome.

7. În funcţie de modul de realizare:- hăr ţi analogice- hăr ţi digitale (în format raster şi respectiv în format vector).

8. În funcţie de modul de prezentare:- hăr ţi propriu-zise- hăr ţi virtuale.

5



ELEMENTELE PLANURILOR Ş I H Ă RŢ ILOR

Ca documente cartografice cu largă utilitate, elementele hăr ţilor şi planurilor sunt grupate în mai multe categorii. În literatura de specialitate se disting, în general

două tipuri de clasificare a cestor elemente.Unii autori grupează elementele hăr ţilor în două categorii: elemente din

exteriorul cadrului şi respectiv elemente din interiorul cadrului (Năstase, A. 1983, Rus,I., Buz, V, 2003).

Alţi autori (Buz, V., Săndulache, A. 1984) grupează aceste elemente în treicategorii: elemente matematice, de conţinut şi de întocmire. Consider ăm că această grupare este mai utilă pentru înţelegerea exactă a acestor aspecte.

Elementele matematice reprezintă baza geometrică a hăr ţii. Sunt cuprinse înaceastă categorie următoarele elemente:

- scara de propor ţie- cadrul hăr ţii- nomenclatura- baza geodezo-topografică - elementele de orientare- graficul înclinării versanţilor - canevasul.

Elementele de con ţ inut sunt considerate a fi cele reprezentate în interiorulcadrului hăr ţii, respectiv în cuprinsul spaţiului desenat. Aceste elemente se pot grupa în

două categorii: fizico-geografice (relief, hidrografie, vegetaţie, soluri) şi socio-economice (localităţi, căi de comunicaţie, detalii economice şi cultuale, graniţe).

Elementele de întocmire sau de montare a hă r ţ ii cuprind informaţii absolutnecesare pentru înţelegerea şi utilizarea hăr ţii. Dintre ele unele se refer ă la întocmireahăr ţii. Aici sunt incluse: titlul, felul hăr ţii, destinaţia, legenda, autorul, materialeledocumentare folosite.

SCARA HĂR ŢII Defini ţ ie: Trecerea de la dimensiunile măsurate în teren la cele de pe plan sau hartă se face

cu ajutorul unui raport constant de micşorare numit scar ă de propor ţie.Ca element matematic, se poate exprima în 3 moduri:

• Numeric

• Grafic

• DirectScara numerică este o fracţie ordinar ă în care număr ătorul indică lungimea

grafică (de obicei în cm), iar numitorul lungimea corespunzătoare din teren (tot în cm).

D

d =

1, unde:

N – scara hăr ţii

6



d – distanţa grafică pe hartă sau planD – distanţa reală din teren.

Cu cât numitorul este mai mic în valoare aritmetică, cu atât fracţia este mai mare

şi deci scara este şi ea mai mare şi invers.În situaţia în care pe o hartă nu este trecută scara, însă este trasată reţeaua de paralele se poate calcula scara hăr ţii, măsurând distanţa grafică dintre două paraleleconsecutive (d ) şi cunoscând faptul că lungimea arcului de meridian de 10 este egală cu111,136 Km (D).

Scara grafică reprezintă raportul Dd exprimat grafic. După modul de

construcţie şi precizia măsur ării este de două tipuri:- scar ă grafică simpl ă

- scar ă grafică compusă sau cu transversale.

Pentru construcţia scă rii grafice simple se divizează un segment de dreaptă înmai multe păr ţi, de obicei în cm, notându-se originea O. În partea dreaptă a originii senotează diviziunile cu lungimile valorilor naturale corespunzătoare scării date. Parteadin stânga originii zero se numeşte talon şi este împăr ţit în mai multe segmente, oferindastfel posibilitatea măsur ării unor distanţe până la a zecea parte dintr-o diviziune din

partea dreaptă a originii. Talonul poate fi simplu sau exagerat.

Scara grafică compusă sau cu transversale se construieşte din două scări grafice

simple, paralele, având trasate între ele nouă segmente de dreaptă paralele şiechidistante.

Scara directă se exprimă prin indicarea directă a lungimii de pe hartă şi acorespondenţei ei din teren. De exemplu: 1 cm pe hartă = 250 m în teren (egalitatevalabilă pentru o hartă la scara 1:25000).

În funcţie de scara la care au fost realizate, hăr ţile se grupează în 3 categorii:

• de la 1:25000 până la 1:200000: hă r ţ i la scar ă mare (hăr ţi topografice)

• între 1:200000 – 1:1000000: hă r ţ i la scar ă mijlocie (hăr ţi topografice deansamblu)

• de la scara 1:1000000 până la scări foarte mici: hă r ţ i la scar ă mică (hăr ţigeografice). Acestea sunt în general, hăr ţile murale şi cele din atlase.

Reprezentările cartografice la scări mai mari de 1:25000 se numesc planuri.Acestea se clasifică după cum urmează:

⇒ 1:10000 până la 1:5000 planuri topografice propriu-zise;

⇒ 1:2500 până la 1:2000 planuri de situa ţ ie;

⇒ 1:1000 până la 1:500 planuri urbane;

⇒ 1:100 până la 1:50 planuri de detaliu, utilizate în construcţii.

7



CADRUL HĂR ŢII

Sub numele de cadru se înteleg liniile care mărginesc suprafaţa desenată a hăr ţii.Linia care intr ă în contact direct cu spaţiul desenat se numeşte cadru intern. Paralel cu

acesta, la mică distanţă se află cadrul extern sau ornamental . Între cele două se află cadrul gradat , care reprezintă de fapt elementul matematic al cadrului hăr ţii. Acesta dinurmă este împăr ţit în segmente colorate alternativ alb-negru, care indică împăr ţireaunghiular ă pe paralele şi meridiane.

Cadrul poate coincide cu paralele şi meridianele, situaţie în care se numeştecadru geografic. În situaţia în care cadrul nu corespunde cu paralele şi meridianeleacesta se numeşte cadru geometric.

Ca formă, cadrul poate fi elipsoid, trapezoidal, dreptunghiular, pătrat, circular, înfuncţie de sistemul de proiecţie în care a fost realizată harta. În situaţia în care cadrul are

formă de pătrat, dreptunghi sau trapez, în colturile sale sunt trecute cu mare preciziecoordonatele geografice:

NOMENCLATURA HĂR ŢILOR ŞI PLANURILOR

Defini ţ ie:

Prin sistem de nomenclatur ă se înţelege sistemul de notaţie alcătuit din cifre şilitere sau numai cifre, cu ajutorul căruia se defineşte poziţia unei foi de hartă încuprinsul unui teritoriu sau a întregii suprafeţe terestre.

La Congresul Internaţional de Geodezie şi Geofizică din anul 1924 a fost propusşi adoptat un sistem internaţional de nomenclatur ă pentru harta lumii la scara1:1000000, sistem adoptat şi de România pentru hăr ţile în sistemul de proiecţie Gauss-Krüger. Acest sistem se utilizează şi în prezent la hăr ţile în priecţie stereografică.

Sistemul internaţional de nomenclatur ă se bazează pe împăr ţirea globuluiterestru în zone sferice trasate din 4º în 4º de latitudine şi fuse sferice trasate din 6º în 6ºde longitudine.

ALTE ELEMENTE MATEMATICE

După cum am văzut până în prezent, cele mai importante elemente matematiceau fost scara, cadrul şi nomenclatura hăr ţii. Nu lipsite de importanţă sunt şi bazageodezo-topografică, elementele de orientare, graficul înclinării versanţilor şi canevasul.

Baza geodezo-topografică

Este constituită din puncte de coordonate cunoscute cu maximum de precizie,

puncte care stau la baza întocmirii hăr ţii, motiv pentru care se mai numesc şi punctelede sprijin ale hă r ţ ii. Ele sunt de trei categorii: astronomice, geodezice şi topografice.

8



Punctele astronomice (sau fundamentale) sunt puncte ale căror coordonate geografice au fost determinate prin metode astronomice. Coordonatele lor sunt independente de forma şi dimensiunile Pământului. În general, observatoareleastonomice din fiecare ţar ă pot constitui puncte de bază în ridicările geodezice

ulterioare. În România, primul punct fundamental este Observatorul astronomic delângă Bucureşti, care stă la baza constituirii hăr ţilor. Punctele geodezice sunt puncte determinate prin metode geodezice,

care ţin seama de forma şi dimensiunile Pământului. Cele mai importante dintre ele suntverificate şi prin metode astronomice.

În funcţie de importanţa lor, punctele geodezice se împart în trei categorii:- puncte geodezice de ordinul I , care sunt vârfuri ale unor triunghiuri terestre cu

laturile cuprinse între 40-50 km sau 70 km. Acestea alcătuiesc aşa-numitele şiruri de triangula ţ ie primordial ă , care se întind în lungul meridianelor şi

paralelelor principale ale unei ţări. Pe teritoriul ţării noastre trec 3 şiruri primordiale pe meridian (dintre care unul internaţional ce leagă Capul Nord şiCapul Bunei Speranţe) şi 3 şiruri pe paralelă (între care două internaţionale:

paralela de 45°N şi paralela de 47°30'N). Lanţurile triangulaţiilor primordialesunt legate între ele prin lanţuri de triangulaţie de ordinul I complementare.

- puncte geodezice de ordinul II , care sunt vărfuri ale unor triunghiuri cu laturicuprinse între 10-25 km.

- puncte geodezice de ordinul III , care sunt vârfuri ale unor triunghiuri cu laturilecuprinse între 5-10 km.

Aceste puncte formează aşa-numita osatur ă geodezică a hăr ţii unei ţări. Pe teren,aceste puncte sunt marcate prin semnale speciale, construite din lemn cu baza din beton,în punctele caracteristice ale terenului, în aşa fel încât să poată fi vizibile de la maridistanţe. Poziţia punctelor geodezice obţinute pe suprafaţa Pământului se trece pesuprafaţa unui corp geometric imaginar (elipsoidul de referinţă), iar de pe elipsoid se

proiectează pe o suprafaţă plană grafic sau prin calcul. Punctele topografice se determină plecând de la punctele geodezice, prin

metode topografice şi sunt cuprinse în ordinele IV şi V. Ele alcătuiesc canevasul

topografic al hă r ţ ii. Faţă de aceste puncte se determină planimetric şi altimetric poziţiaelementelor fizico-geografice şi economico-geografice ale hăr ţii, care reprezintă detaliile suprafeţei terestre.

Elementele de orientare sunt desenate pe hăr ţile topografice în stânga scăriigrafice.

9



Acestea cuprind cele trei direcţii nord: geografic, magnetic şi al caroiajului hăr ţii,

precum şi unghiurile dintre ele, respectiv declinaţia magnetică, declinaţia convenţională şi convergenţa meridianelor.

Graficul înclinării versanţilor se prezintă sub forma unei curbe, care estefolosită la determinarea valorilor pantelor f ăr ă calcule (în mod expeditiv). De obicei

sunt două grafice de pantă, care sunt construite ţinând seama de echidistanţa dintrecurbele de nivel: unul aferent curbelor de nivel normale, celălat pentru curbele de nivel principale.

Unul din cele mai cunoscute procedee grafice de determinare a unghiului de pantă constă în suprapunerea distanţelor grafice dintre curbele de nivel pe un graficulînclinării versanţilor şi se citeşte de pe acesta panta terenului în zona respectivă.

Canevasul reprezintă sistemul sau ansamblul liniilor de coordonate geograficesau coordonate plane rectangulare. Coordonatele geografice sunt reprezentate prinreţeaua de paralele şi meridiane care constituie canevasul geografic, iar coordonatele

rectangulare prin linii drepte orizontale şi verticale, reprezentând abscise şi ordonate.Canevasul geografic se obţine prin transpunerea reţelei de paralele şi meridianede pe glob pe un plan printr-un sistem de proiecţie cartografică.

Canevasul rectangular, întâlnit mai ales la hăr ţile topografice, pleacă de lacanevasul geografic şi se întocmeşte plecând de la intersecţia dintre un meridian şi o

paralelă. În acest punct de intersecţie se duc tangente la meridian şi paralelă, iar laaceste tangente se trasează din km în km linii paralele, rezultând în acest fel o reţea de

pătrate cu latura de 1 km. Din acest motiv, acest canevas se mai numeşte canevas

kilometric.

Laturile pătratelor care alcătuiesc reţeaua au valori diferite în funcţie de scarahăr ţii: la scara 1:25000, lungimea grafică a laturii este de 4 cm şi reprezintă în teren 1

10



km, la scara 1:50000, latura de 2 cm corespunde în teren la 1 km, la scara 1:100000,latura de 2 cm reprezintă 2 km în teren, iar la scara 1:200000, latura de 2 cm reprezintă 4 km în teren. Valorile reţelei kilometrice sunt înscrise între cadrul interior şi celgeografic, lângă colţurile hăr ţii.

SISTEME DE REPREZENTARE A DATELOR SPAŢIALEProblema care a apărut era: cum să introducem o hartă în calculator, adică cum să fie

ea reprezentată intern? Fiind vorba de un calculator numeric, este evident că stocareatrebuie f ăcută sub formă de coduri numerice. După experienţe îndelungate, s-a convenit careprezentarea internă a unei hăr ţi să se facă în două sisteme: sistemul vector şi sistemul

raster . În sistemul vector harta este construită, în mare, din puncte şi linii, fiecare punct şiextremităţile liniilor fiind definite prin perechi de coordonate (x,y). Acestea pot forma arce,suprafeţe sau volume (în cazul în care se mai ataşează încă o coordonată). Caracteristicile

geografice sunt exprimate prin aceste entităţi: o fântână va fi un punct, un punct geodezicva fi de asemenea un punct; un râu va fi un arc, un drum va fi de asemenea un arc; un lacva fi un poligon dar şi o suprafaţă împădurită va fi un poligon. În sistemul raster, imaginilesunt construite din celule numite pixeli. Pixelul , sau unitatea de imagine, este cel mai micelement de pe o suprafaţă de afişare, căruia i se poate atribui în mod independent ointensitate sau o culoare. Fiecărui pixel i se va atribui un număr care va fi asociat cu oculoare. Entităţile grafice sunt construite din mulţimi de pixeli. Un drum va fi reprezentatde o succeiune de pixeli de o aceeaşi valoare; o suprafaţă împădurită va fi identificată tot

prin valoarea pixelilor care o conţin. Între cele două sisteme există diferenţe privind modul

de stocare, manipulare şi afişare a datelor. În figura 1 am înf ăţişat, într-un mod simplificat,cele două sisteme de reprezentare ale aceleiaşi realităţi. Am păstrat aceeaşi unitate delungime pentru sistemul vector cu dimensiunea celulei din sistemul raster.

Ambele sisteme au avantaje şi dezavantaje. Principalul avantaj al sistemului vector faţă de cel raster este faptul că memorarea datelor este mai eficientă. În acest sistem doar coordonatele care descriu tr ăsăturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Sefoloseşte de regulă în realizarea hăr ţilor la scar ă mare. În sistemul raster fiecare pixel dinimagine trebuie codificat. Diferenţa între capacitatea de memorare nu este semnificativă

pentru desene mici, dar pentru cele mari ea devine foarte importantă. Grafica raster se utili-

zează în mod normal atunci când este necesar să integr ăm hăr ţi tematice cu date luate printeledetecţie.

11

Figura 1 Reprezentarea vector şi raster a aceluia şi areal



I. Sistemul vector Sistemul vector se bazează pe primitive grafice. Primitiva grafică este cel mai micelement reprezentabil grafic utilizat la crearea şi stocarea unei imagini vectoriale şirecunoscut ca atare de sistem. Sistemul vectorial se bazează pe cinci primitive grafice:

1) PUNCTUL;2) ARCUL (sau linia ce uneşte punctele);3) NODUL (punct care marchează capetele unui arc sau care se află la contactul

dintre arce);4) POLIGONUL (arie delimitată de arce);

5) CORPUL (volum determinat de suprafeţe).

Obiectele cartografice simple sunt alcătuite din primitive. Obiecte cartografice maicomplexe precum şi obiectele geografice sunt obţinute din combinarea obiectelor simple.

În continuare vom detalia aceste noţiuni într-o manier ă simplificată având drept scopînţelegerea lor şi nu tratarea sub toate aspectele care pot apare într-un soft GIS.

Figura 2 Reprezentarea grafică şi tabelar ă a punctelor

1) PUNCTUL este unitatea elementar ă în geometrie sau în captarea fotogrametrică. Nu trebuie confundat cu celula din reprezentarea raster, deoarece el nu are nici suprafaţă nici dimensiune. El reprezintă o poziţionare în spaţiu cu 2 sau 3 dimensiuni. În figura 2 amredat modul de afişare al punctelor, precum şi modul de înregistrare pe suport magnetic (în2D). Fiind vorba de un calculator numeric, înregistrarea pe suport magnetic se va face subformă de numere. Mai precis, fiecare punct va fi înregistrat într-un fişier sub formă detabel care conţine două coloane. În prima coloană va apare un număr de identificare (careeste unic), iar în a doua coloană coordonatele punctului în sistemul de referinţă ales. Pentruca aceste puncte să fie afişate pe monitor sau imprimantă, se scrie un program (într-un

limbaj de programare) care va conţine instrucţiuni privitoare la configurarea ecranului,instrucţiuni de citire din fişier a numerelor care reprezintă coordonatele şi în final,

12



instrucţiunile de afişare pentru echipamentul de ieşire (monitor sau imprimantă). În cadrul produselor GIS aceste programe sunt înglobate într-o structur ă mare (care reprezintă defapt software GIS) şi care este apelat prin comenzi ce apar fie sub formă de meniuri, fiesub formă de icoane. De exemplu o comandă pe care putem să o numim View poate

realiza afişarea pe ecran, iar o comandă Print va produce listarea la imprimantă sau plotter,funcţie de driverul instalat pe calculatorul respectiv. Aceasta este, în mare, modul cum esteorganizat un produs GIS ce priveşte afişarea unui grafic. În mod similar se efectuează şiafişarea arcelor sau a poligoanelor. Nu discutăm acum felul în care se introduc datele încalculator.

2) ARCUL este o succesiune de joncţiuni (legături) între o succesiune de puncte.Este vorba de o entitate dublă, el fiind format din una sau mai multe joncţiuni, ele înselereunind două puncte sau mai multe puncte. De cele mai multe ori joncţiunea este o dreaptă.

Astfel, un arc este, în general, o linie frântă ce uneşte direct două puncte ale parcursului. Olinie frântă poate aproxima suficient de bine orice curbă prin micşorarea segmentelor. Unarc este orientat direct în sensul parcursului, de la punctul iniţial la cel final. În figura 3 amînf ăţişat două arce cu tabelul corespunzător. Ca şi în cazul punctelor, înregistrarea pe discse va face sub formă tabelar ă. În prima coloană vom avea numărul de identificare, iar încoloana a doua vor fi trecute toate coordonatele segmentelor care formează arcul. Aici nus-au pus în evidenţă nodurile (vezi modelul spagheti). Arcul este o entitate de bază înmodelele vectoriale şi este asociat cu entitatea nod (vezi modele topologice de reţea).

3) NODUL este definit ca o extremitate de arc şi nu trebuie confundat cu conceptulde punct abordat mai sus. Un arc este obligatoriu mărginit de un nod de origine şi un noddestinaţie (vezi modelul topologic de reţea). Nodurile indică sensul de parcurgere alarcului. Astfel definit, fiecare nod este un vârf al unui graf. Un graf este planar nu dacă esteîn plan, ci dacă toate intersecţiile dintre arce formează noduri. În figura 4 am schiţat oreprezentare posibilă a unor arce în care s-au identificat nodurile. În această situaţie fişierulconţine în plus două coloane, care vor conţine nodul de început şi respectiv nodul final.

Deşi arcele 2 şi 3 formează un poligon, aici acesta nu este recunoscut ca atare.

Figura 3 Reprezentarea grafică şi tabelar ă a arcelor f ă r ă specificarea nodurilor

13



4) POLIGONUL este delimitat de un parcurs de arce, ele însele fiind conectate denoduri definite într-un graf planar. Unui poligon îi este ataşat în mod obligatoriu un nodizolat, numit centroid. Acest nod privilegiat permite construirea suprafeţelor în jurul lui,

până la limitele formate de arcele întâlnite. În figura 5 am redat două poligoane cu tabelulcorespunzător f ăr ă a se specifica proprietăţile lor topologice. Combinaţii de poligoaneformează suprafeţe bidimensionale sau tridimensionale (vezi DEM).

Figura 4 Reprezentarea grafică şi tabelar ă a arcelor cu specificarea nodurilor

5) VOLUMELE, ca şi primitive grafice, sunt tratate mai puţin de produsele soft, de

aceea nu le vom detalia. Amintim doar faptul că, anumite pachete de programe ofer ă posibilitatea de a lua în considerare, de a calcula şi de a reprezenta prisme sau volumesimple. Ele aproximează cu o precizie suficientă volumele de pe hăr ţile reprezentate în treidimensiuni (3D). Reprezentarea uzuală a unei suprafeţe în 3D se face prin diferite tehnicicum ar fi izoliniile, TIN etc (vezi Analiză Spaţială).

Figura 5 Reprezentarea grafică şi tabelar ă a poligoanelor

II. Modele vectoriale

Modelul este o reprezentare convenţională a structurilor de date într-un context precizat, în care se identifică natura datelor (aici primitivele grafice), operatorii care

14



acţionează asupra structurilor de date, precum şi restricţiile impuse pentru menţinereacorectitudinii datelor (reguli de integritate).

Sistemul de reprezentare vector a generat mai multe modele, dintre care vom

prezenta trei, ele fiind şi cele mai importante şi cele mai reprezentative:1) modelul spagheti, care utilizează numai primitivele punct şi arc;2) modelul topologic de re ţ ea (topologic liniar), care adaugă la spagheti primitiva

nod;3) modelul topologic de suprafa ţă (topologic în două dimensiuni), care la

precedentul adaugă primitiva poligon.

Modelul topologic de volum (topologic în 3D), actualmente în curs de dezvoltare, nuva fi abordat.

Modelul spagheti este un model relativ simplu privitor la gestiunea geometrieiobiectelor, având ca scop principal de a le desena. Aşa cum am precizat acest modelutilizează primele două primitive menţionate: PUNCTUL şi ARCUL. Aşa cum am maiamintit, noţiunea de arc este specifică modelelor vectoriale topologice, care în modimplicit (dacă luăm definiţia din teoria grafurilor) trebuie să aibă o orientare, adică un

punct de start şi un punct de sfâr şit. Aici arcul este de fapt o simplă linie frântă. Uneori sefoloseşte şi termenul de polilinie. Poate că apare o anumită ambiguitate în definireaarcului. Acest lucru este similar cu confuzia dintre dată şi informaţie. Stricto senso

noţiunea de arc nu poate fi utilizată în modelul spagheti, situaţie care nu se respectă întotdeauna.

Este important de menţionat faptul că, în acest model, poligonul este un rezultat alînchiderii unui arc şi nu este privit ca o primitivă grafică, deci nerecunoscut ca atare.

Neajunsuri ale modelului spagheti:- graful nu este întotdeauna planar (poligoanele se pot suprapune);- fiecare arc este independent (pot apare linii dublate);- fiecare poligon poate fi descris în mod independent de celelalte poligoane prin arcul

care îl delimitează, mai precis el este recunoscut prin arcul închis care formează conturulsău.

15

Figura 6 Model vectorial de tip spagheti



În figura 6 am înf ăţişat câteva situaţii posibile în cazul modelului spagheti care potcrea probleme în gestiunea datelor spaţiale. În general fişierele DXF sunt de tip spagheti.Ele pot fi citite şi afişate de produsele GIS, dar nu şi prelucrate. Pentru a putea fi prelucrateacestea trebuiesc supuse unor operaţii (conversii), rezultatul fiind un fişier propriu al

produsului GIS respectiv.

Următoarele două modele se numesc modele topologice. Termenul a fost împrumutatdin matematică. În ceea ce ne priveşte, putem accepta faptul că topologia studiază poziţia

relativă a obiectelor independente de forma lor exactă, de localizarea lor topografică şi demărimea lor. Astfel liniile pot fi conectate, suprafeţele pot fi adiacente etc. Cu alte cuvintetopologia exprimă relaţia spaţială dintre primitivele grafice. De exemplu topologia unui arcinclude definirea nodului de origine şi a nodului de destinaţie (în cazul modelului topologicde reţea) şi respectiv a poligonului din stânga şi dreapta (în cazul modelului topologic desuprafaţă). Datele redundante (coordonatele) sunt eliminate deoarece un arc poatereprezenta o linie sau numai o parte din ea. Altfel spus este vorba de o localizare f ăr ă coordonate. Existenţa relaţiilor topologice permite o analiză geografică mai eficientă, cumar fi modelarea scurgerii lichidelor pe reţelele de apă/canal, combinarea poligoanelor

(suprafeţelor) cu caracteristici similare.2) Modelul topologic de reţea adaugă modelului spagheti entitatea numită nod.

Există noduri izolate, independente de reţeaua de conexiuni, precum şi noduri legate. Unarc are obligatoriu un nod origine şi un nod destinaţie. Pe traseul unui arc pot exista maimulte noduri, acestea însă apar ţin numai la un singur arc (atunci când avem intersecţii dearce şi graful este planar).

Se utilizează cu precădere în hăr ţile ce reprezintă distribuţii într-o reţea (cabluritelefonice, electricitate, gaz etc.)

În figura 7 avem un exemplu de codificare topologică de reţea. Reprezintă o hartă

posibilă a unei reţele de drumuri. Se observă că înregistrarea constă din două tabele: unul pentru codificarea topologică şi altul pentru lista coordonatelor punctelor ce formează arcele, respectiv reţeaua.

16

Figura 7 Modelul topologic de re ţ ea



3) Modelul topologic de suprafaţă este cel mai complet. El adaugă modeluluitopologic de reţea poligoanele delimitate la stânga şi la dreapta fiecărui arc. În plus

suprafaţa este construită obligatoriu în jurul unui nod izolat, care nu apar ţine parcursuluiarcelor.

Figura 8 Modelul topologic de suprafa ţă

Apariţia suprafeţei induce două asociaţii suplimentare: un arc are obligatoriu unsingur poligon la stânga şi un singur poligon la dreapta. Invers, un poligon estesituat, fie la stânga, fie la dreapta unui arc sau a mai multor arce. În fine, graful acestuimodel este obligatoriu planar. În figura 8 avem un caz posibil de hartă vectorială în codifi-carea topologică de suprafaţă. Nodurile nu au fost numerotate deoarece, în acest caz numai este necesar.

Sistemul raster Sistemul raster generează un singur model numit model raster , sau model

matricial . Aşa cum am văzut, acesta este compus din celule mici de formă pătrată saudreptungiuriular ă, având o suprafaţă de regulă egală cu rezoluţia sistemului. Am spus deregulă, deoarece nu întotdeauna pixelul este considerat ca unitatea de referinţă, ci celulaconvenţională, care este formată din mai mulţi pixeli. Acest lucru este relevant atunci când

pe o hartă în sistem raster se face o scalare (adică se aplică un factor de multiplicare aimaginii) pe o por ţiune din ea. Imaginea va fi constituită din pătrate, iar continuitatea se

pierde. În prima sa formă, sau dacă vreţi în forma originală, pentru a satisface cerinţele deacurateţe, harta digitală raster va avea celula egală cu un pixel. Încă o dată precizăm că estevorba de reprezentarea internă a hăr ţii, care poate să coincidă sau nu cu rezoluţiamonitorului sau a altor echipamente (plotter, imprimantă). În cazul în care monitorul are orezoluţie mai slabă decât cea reprezentată intern, harta vizualizată va avea acurateţea

monitorului, adică mai slabă. Invers dacă monitorul are o rezoluţie mai bună, afişarea va fila nivelul rezoluţiei interne. Totuşi există o anumită corelare între posibilităţile

17



programelor de manipulare a datelor şi de performanţele echipamentelor periferice. Dealtfel, fiecare produs soft ofer ă o listă cu echipamentele I/E cu care este compatibil. Oriceabateri de la aceste reguli conduce la imposibilitatea funcţionării corecte a programelor.

În general sistemul raster este un mare consumator de resurse. Pentru a ilustranecesarul de suport în stocarea unei hăr ţi în format raster, vom da câteva exemple. O

imagine format A4 (210x297 mm), reprezintă, cu o rezoluţie a unei imprimante laser,aproximativ 9 milioane de celule (300 d.p.i = 12 puncte/mm şi 12x12 = 144 puncte/mm2 şi144x210x297=8981280).

Modelul raster este simplu, el conţinând două entităţi: celula şi imaginea. Esteimportant de notat că o celulă nu are decât o singur ă valoare şi că această valoare estevalabilă pe toată suprafaţa celulei, chiar dacă în procesul de actualizare sunt disponibileinformaţii mai fine. Poziţia ei este definită prin număr de linie şi număr de coloană într-oimagine şi numai una. Este clar că în această entitate nu intr ă obiectele geografice. Acesteadin urmă nu pot fi recunoscute decât după tema imaginii şi valoarea de atribut a fiecăreicelule. O imagine presupune una sau mai multe celule. Fiecare imagine este definită detema sa şi de un număr de imagine. Teritoriul care conţine această imagine este definit de

coordonate şi de extremităţi. Aceste caracteristici conţin şi unitatea de măsur ă şi atributulfiecărei celule. În consecinţă putem rezuma:

CELULA IMAGINEAvaloare temă - nr linie nr imagine- nr coloană X,Y minim

X,Y maxim

După cum aţi observat, se uzitează denumirea de imagine raster şi nu de hartă raster. Aceasta deoarece imaginile digitale sunt în format raster. Atragem atenţia de peacum că, o imagine satelitar ă digitală nu este propriu-zis o hartă. Ci din această imagine, înurma procesării ei şi a codificării proprii unui soft cartografic (sau GIS) va rezulta o hartă digitală. Deci trebuie să fim atenţi atunci când vorbim despre imagine raster să se înţeleagă exact ce reprezintă aceasta.

În figura 9 avem o hartă raster în care pixelii sunt reprezentaţi prin numere. Acestenumere care, în fond le corespund anumite caracteristici cantitative de pe suprafaţaPământului, se convertesc la o afişare pe un monitor, în culori. Aceasta este aşa-numitareprezentare logică a hăr ţii. Aşa cum am amintit mai sus, un pixel este definit de un număr de linie şi un număr de coloană. Spre deosebire de modelele vector în care originea este înstânga jos, aici originea este în stânga sus (0,0). În figura 10 avem o matrice de celule de 8

linii x 13 coloane. Aceasta se materializează printr-un fişier care va conţine numerelerespective. Număr ătoarea celulelor merge de la stânga la dreapta şi de sus în jos.Înregistrarea fizică a imaginii este o singur ă coloană lungă de numere formată, în cazulnostru: 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 întregi sau numere reale.Reprezentarea unui număr pe un byte implică 8 biţi şi deci 256 de posibilităţi; în

cazul numerelor întregi avem gama -32768 până la 32767, adică 65435 variante şi suntnecesari 2 bytes; pentru cazul real avem un domeniu vast şi anume -1038, +1038, cu o

precizie de 7 cifre semnificative, pe 4 bytes. De cele mai multe ori este suficientă o reprezentare internă pe un byte (situaţie întâlnită şi la imaginile satelitare). Însă

anumite prelucr ări asupra hăr ţilor conduce la necesitatea reprezentării în numere reale.

Numărul de bytes utilizaţi în reprezentare, va decide volumul ocupat pe disc.

18



Figura 10 odelul raster înf ăţ i şat ca o matrice de

Figura 12 Împă r ţ ireaîn quadrante

Figura 11 Structura quad-tree

Se observă că o succesiune de numere aşa cum am f ăcut mai sus este cu totul

neeconomică. În consecinţă s-a adoptat un sistem de reprezentare "împachetat" de genul:3,0,3,1,1,2,2,1,2, 0,2,1,3,3... care semnifică 3 valori de 0, 3 de 1, o valoare de 2 etc. Înacest mod avem o economie importantă dacă valorile se repetă mult în secvenţă.

O altă metodă mai eficientă de stocare a datelor raster este cea bazată pe structuraierarhică cunoscută sub numele de quad-tree. Principiul este următorul: imaginea esteîmpăr ţită în patru, rezultând patru dreptunghiuri sau pătrate mai mici (pe care le vom numiquadrante), fiecare quadrant se împarte din nou în patru. Procedeul se repetă până când seobţin quadrante cu o structur ă omogenă (adică au aceeaşi valoare a pixelilor). Mai precis,în momentul în care un quadrant are o aceeaşi valoare pe întreaga suprafaţă descompunerea este oprită pe acestă ramur ă, ea continuând pentru quadrantele care

prezintă valori diferite ale pixelilor. În orice caz procesul se opreşte la nivel de pixel(Figura 11). Am ales pentru exemplificare o reprezentare booleană adică 1 şi 0 (1 pentrunegru şi 0 pentru fond), aşa cum este înf ăţişată în figura 12. Structura arborelui este dată înfigura 13. Pentru imagini cu valori diferite ale pixelilor, structura este similar ă, doar că estemai complexă. Această metodă de stocare este eficientă când imaginea conţine suprafeţemari de o aceeaşi valoare. Imaginea raster va fi asociată cu un tabel de pointere carelocalizează quadrantul din cadrul descompunerii şi un tabel de indici care arată de câte oria fost împăr ţit quadrantul.

19



Figura 13 Structura arborescent ă quad-tree

Fişierul imagine poate fi stocat în format ASCII, binar, binar împachetat, quad-tree,sau într-o codificare proprie. Formatul ASCII nu este cel mai economicos, dar prezintă avantajul că poate fi vizualizat şi modificat cu comenzi ale Norton Commander sau

Notepad din Windows. Formatul binar este, de obicei, formatul standard de lucru cufişierele imagine. Formatul binar împachetat este un format special de compresie pentrufişiere binare întregi sau byte. Se utilizează, de regulă, pentru economisirea spaţiului pedisc.

O mulţime de pixeli învecinaţi formează linii şi arii poligonale. În acest sistemliniile şi ariile poligonale nu conservă continuitatea spaţiului real, de unde rezultă odeformare a realităţii spaţiale. Mărimea acestei deformări este în funcţie de rezoluţiautilizată. La ora actuală, la sistemele de mare rezoluţie această deformare este acceptabilă.

Calitatea imaginilor raster este pusă în valoare atunci când se reprezintă fenomenede mare variabilitate. De exemplu, altimetria şi batimetria se pretează mai bine la o astfelde reprezentare. Analiza la nivel de celulă permite evidenţierea unor proprietăţi importanteale terenului, cum ar fi depistarea unor arbori bolnavi. Aceasta depinde şi de scara la care

se lucrează. Datorită simplităţii lor, reprezentările raster se pretează la anumite tipuri deanaliză. Dacă o celulă nu poate să aibă decât o singur ă valoare, nu înseamnă că nu este posibilă combinarea mai multor pixeli din imagini diferite, prin suprapunere. Combinareastraturilor face obiectul Analizei Spaţiale. Programele care compun procedurile de calcul

pe imagini raster sunt mai simple decât cele corespunzătoare modelelor vectoriale. Timpulde execuţie, însă, poate fi mai scurt sau mai lung, funcţie de mărimea fişierului şi de

performanţele procesorului.

Caracteristici ale hărţilor digitale Rezolu ţ ia în sistem vector, reprezintă cel mai mic increment pe care îl poate

detecta un digitizor. Sau altfel spus, distanţa cea mai mică dintre două puncte care estesesizată prin sistemul de coordonate, ca fiind diferite. Această caracteristică depinde deechipamentul şi softul utilizat în crearea hăr ţii precum şi de prelucrarea şi afişarea ei pemonitor sau plotter. Acest increment, referit în teren, este dependent de scara hăr ţii. Lao scar ă mică distanţei dintre două puncte îi corespunde o distanţă reală mai mare. Deexemplu la o scar ă 1:500000 un digitizor cu un increment de 0.1 mm va produce odistanţă reală de 50 m. Deci nu se pot sesiza caracteristici geografice sub această dimensiune. Apariţia unor caracteristici care au dimensiuni sub 50 m, cum ar fi deexemplu reţeaua de drumuri, este dictată de scopul pentru care a fost f ăcută harta.Drumurile sunt reprezentate prin semne convenţionale şi deci nu reprezintă odimensiune reală în teren la această scar ă. La scara 1:25000 un acelaşi increment de 0.1mm va produce în teren o distanţă reală de 2.5 m. În această situaţie drumurile vor reprezenta caracteristici geografice reale (şi nu convenţionale) având definită şi lăţimea,

20



într-o marjă de eroare de 2.5 m. De cele mai multe ori şi la această scar ă se folosesc totsemne convenţionale. Precizăm faptul că, rezoluţia digitizoarelor este mult mai bună decât valoarea dată ca exemplu, problema preciziei find transferată abilităţiioperatorului.

În sistemul raster rezoluţia reprezintă dimensiunea maximă din teren care îi

corespunde unui pixel (definiţia este aceeaşi cu cea a rezoluţiei unei imagini digitale).De exemplu o rezoluţie de 10 m înseamnă că, un pixel este asociat cu o suprafaţă de10x10 mp. Şi în sistem raster situaţia este similar ă, adică nu se sesizează caracteristicigeografice sub rezoluţia hăr ţii. Deoarece sistemul raster se utilizează în special pentrureprezentarea suprafeţelor continue nu se folosesc semne convenţionale pentrucaracteristici geografice liniare. În cadrul unor proiecte se utilizează combinaţii întrevector ţi raster, cum ar fi suprapunerea unei hăr ţi vectoriale peste o imagine raster, învederea unei analize. Evident, se presupune că acestea reprezintă un acelaşi areal laaceeaşi scar ă.

Există o legătur ă strânsă între georeferenţiere (vezi mai jos) şi rezoluţie. Când seface asocierea unor puncte de coordonate geografice cunoscute din teren cu

componentele de pe o hartă, precizia asocierii este la limita rezoluţiei. Cu alte cuvinte,determinarea cu o precizie mai bună a unui punct din teren decât rezoluţia hăr ţii devineun lucru util. De exemplu la o hartă de 1:25000 un punct este suficient dacă estedeterminat un punct cu o precizie de 2.5 m.

Acurateţea este distanţa la care o valoare estimată difer ă de valoarea reală.Acurateţea este strâns legată de precizie, cu care deseori se confundă. În măsur ătorilefizice precizia reprezintă numărul de cifre semnificative exprimate într-un anumitsistem. Acurateţea este exprimată în mod obişnuit în termeni ai unui interval. Deexemplu, 24.51±0.03 cm indică faptul că valoarea adevărată se găseşte între 24.48 cm şi24.54 cm.

Acurateţea poziţională este una din problemele esenţiale ale georeferenţierii. Încartografia tradiţională acurateţea este invers propor ţională cu scara. De exemplu, ohartă la scara 1:10000 are o acurateţe mai bună decât una la 1:100000. În cazul hăr ţilor digitale situaţia este mai complexă deoarece în cadrul GIS putem avea hăr ţi în diferitesisteme de coordonate (în cazul vector) sau diferite rezoluţii (în cazul raster), iar

problema consider ării lor iese din cadrul lucr ării de faţă.

GEOREFERENŢIEREA DATELOR SPAŢIALE

Procesul de asociere a hăr ţilor digitale cu coordonate geografice reale poartă numele de georeferen ţ iere. Există şi aplicaţii în care nu este necesar ă trecerea la coordonate reale, fiind suficient un sistem local de coordonate(carteziene).

În sistem vector , procesul constă în identificarea cu mare precizie acoordonatelor reale a patru puncte, iar apoi transformarea tuturor punctelor seface pe baza formulelor de transformare. Acest proces poartă denumirea de

georeferen ţ iere continuă . Formulele de transformare cel mai des utilizate suntcele ale transformării afine:

Xc = A + BXd + CYd

21



Yc = D + EXd + FYd

Prin precizarea a trei puncte cu coordonate cunoscute se formează unsistem de şase ecuaţii cu şase necunoscute, rezolvarea acestuia generând şicoordonatele geografice reale.

În cadrul sistemului raster , procedeul este asemănător, doar că seidentifică cu precizie coordonatele unui pixel din imagine, ceea ce prezintă ungrad de dificultate mai ridicat.

Acest lucru este determinat de faptul că pixelul reprezintă o suprafaţă deteren. Cu cât această suprafaţă este mai mare (rezoluţia hăr ţii este mai mică), cuatât coordonatele vor fi mai incerte (mai inexacte). După identificarea a patruastfel de pixeli, transpunerea hăr ţii în coordonate reale se face utilizândformulele de transformare.

În această situaţie transformarea este mult mai dificilă şi experienţautilizatorului este foarte importantă deoarece o hartă în format analogic poatesuferi o serie întreagă de deformări, formulele de transformare utilizatedepinzând în mare măsur ă de acestea.

Geocodificarea. Baza de date Geografică.Asocierea datelor tabelare cu cele spaţiale este o operaţie mai specială şi de fapt

reprezintă partea care deosebeşte un GIS de produse soft pentru cartografie digitală (care au ca scop doar crearea de hăr ţi digitale şi reproducerea lor pe suport de hârtie), deun SGBD tradiţional, de produsele CAD sau de programele de grafică cum ar fi CorelDraw sau Freehand. Procesul de legare (asociere) a celor două categorii de date senumeşte geocodificare. Operaţiunea este diferită de la un sistem la altul. La sistemulvector fiecare primitivă grafică este asociată cu un tabel, care se numeşte tabel atribut şicare conţine date alfanumerice referitoare la caracteristici ale respectivei primitivegrafice.

Trebuie remarcat faptul că, la crearea hăr ţii digitale vectoriale se creează automat şi tabela de atribut care conţine un minim de informaţie referitoare la ceea cereprezintă primitiva grafică. Ulterior se permite modificarea conţinutului câmpurilor,

precum şi adăguarea altor tabele suplimentare la tabela de atribut la aceasta.În sistemul raster, tabela de atribut va conţine drept cod numărul asociat

pixelului, iar procesul decurge similar. O particularitate a sistemului raster este că,atributul poate să fie conţinut în imagine.

22



Tehnici de intoducere a datelor spaţialeIntroducerea datelor cartografice nu este simplă. Dacă datele disponibile sunt în formă analogică, cum ar fi hăr ţi pe suport de hârtie sau fotograme ele trebuie convertite în

formă digitală înainte de a fi importate în GIS. Sunt două căi pentru a realiza această conversie: digitizarea şi scanarea.

Figura 27 Digitizorul sau tableta grafică

Procesul de digitizare constă în transformarea datelor grafice din format analogic înformat digital. Această acţiune presupune existenţa unui digitizor conectat la uncalculator şi prevăzut cu un soft specializat.

Procesul de digitizare

Procesul de digitizare propriu-zis presupune următoarele etape:- Fixarea punctelor de control şi apoi digitizarea lor. După această operaţiune se va

afişa o eroare calculată prin metoda celor mai mici pătrate (RMSE – Root MeanSquare Error). Dacă eroarea este acceptată, se va trece la pasul următor, în cazcontrar procesul se reia.

- Fixarea dinensiunilor hăr ţii.- Digitizarea punctelor.- Digitizarea arcelor.- Digitizarea poligoanelor (dacă este permis în acel strat).

- Salvarea fişierului.Procesul de digitizare include şi introducerea codurilor de identificare ale primitivelor grafice care permit legarea acestora cu datele atribut. Acestea se introduc de la tastatur ă sau cu ajutorul butoanelor de pe cursor, dacă acest lucru permite şi a fost stabilitdinainte.

Scanarea Procesul de scanare constă în conversia datelor din format analogic (cum sunt hăr ţiletradiţionale pe suport de hârtie, imagini aeriene, sau orice altă imagine) în formatdigital. Modul în care se realizează scanarea este următorul: imaginea este împăr ţită în

puncte (matrice de puncte) fiecăruia atribuindu-i-se un număr în conformitate cu nuanţade gri sau culoarea de pe original. Procesul este analog cu fotocopierea. Un fotocopiator scanează imaginea şi apoi o reproduce imediat pe hârtie. Un scaner copiază imaginea şi

23



apoi o stochează într-un fişier raster, care ulterior poate fi prelucrat utilizând un produsde procesare de imagini. Cel mai uzual format este TIFF (Tag Image File Format).Rezultatul va fi un fişier în sistem de reprezentare raster. Acest fişier se poate utiliza fie

pentru o simplă afişare sau în combinaţie cu alte elemente ale BDS (hăr ţi vectoriale sauimagini), fie pentru a obţine o hartă vectorială.

După scanare, următoarea fază este editarea, în care, după ce am determinat precis, celetrei categorii de date: date utile (puncte, linii, poligoane), simboluri (adnotaţii sau semneconvenţionale) şi zgomot se procedează la următoarele operaţiuni:

- îndepărtarea zgomotului;- îndepărtarea simbolurilor (dacă este necesar);- vectorizarea;- adăugarea de date suplimentare (dacă este necesar);- corecţia erorilor;

- geocodificarea;- crearea topologiei;- georeferenţierea.

“Zgomotul” este un termen preluat din acustică, şi reprezintă date care sunt înregistrateşi nu sunt utile, datorită unor perturbaţii apărute în procesul de scanare. Dacă fişierulraster rezultat va fi folosit doar ca o simplă imagine compilată, doar zgomotul trebuieîndepărtat. În cazul în care aceasta se doreşte a fi un strat tematic (coverage) trebuieîndepărtate şi simbolurile. La o prelucrare şi o imprimare ulterioar ă acestea vor fiadăugate pe hartă conform regulilor produsului GIS folosit.

Date preluate prin GPSCapacitatea de a cunoaşte poziţia exactă şi distanţa faţă de un anumit obiectiv

este crucială pentru foarte multe activităţi. De-a lungul timpului, mai multe tipuri detehnologii au încercat, cu mai mult sau mai puţin succes, să ajute la realizarea acestuideziderat. Dintre toate acestea, una a reuşit să schimbe în mod radical sistemul de

poziţionare. Actualmente este posibil să se măsoare poziţia geodezică a unui punct de pe suprafaţa Pământului, cu o eroare de câţiva centimetri, f ăr ă a utiliza reperelegeodezice existente.

Dezvoltat de către Departamentul Apăr ării al S.U.A, GPS (Global PositioningSystem) este un sistem de orientare global bazat pe 24 de sateliţi care orbitează deasupra Pământului. Sistemul are la bază procedeul numit şi triangulaţie spaţială, încare pe lângă staţia mobilă de la sol sunt implicaţi încă patru sateliţi.

Staţiile GPS utilizează aceşti sateliţi pentru a calcula poziţia cu o precizie maimare de un metru. De fapt, cu forme avansate ale GPS se pot face măsur ători cu o

precizie mai mare de un centimetru. Deoarece sateliţii sunt pe o orbită foarte înaltă, eievită erorile cauzate de suprafaţa terestr ă şi, fiind concepute în principal pentru scopuristrategice, produsele GPS au o rezistenţă mare la interferenţe de undă.

Staţiile GPS sunt în prezent mai mici şi mai economice decât înainte, devenindcu adevărat accesibile oricui. Datorită caracteristicilor şi accesibilităţii sale, aplicaţiile

24



GPS sunt aproape nelimitate: oameni de ştiinţă, militari, personalul din transporturi şioameni din multe alte domenii utilizează GPS pentru a-şi face munca mai productivă şimai uşoar ă.

Principiile fundamentale ale GPS sunt destul de simple. În primul rând, pentru aafla poziţia exactă, sistemul foloseşte ca metodă de bază triangulaţia. Pentru a facetriangulaţia, o staţie GPS măsoar ă distanţa până la satelit, calculând cât timp îi estenecesar semnalului radio emis de satelit să ajungă la ea. Acest interval de timp poate fiuşor determinat, deoarece undele electromagnetice circulă cu viteza luminii. Un elementcare dacă nu este stabilit clar poate genera erori este determinarea exactă a momentuluicând semnalul radio pleacă de la satelit. Pentru a face acest lucru constructoriisistemului GPS au sincronizat satelitii şi receptoarele astfel încât ele generează acelaşisemnal radio codificat (pseudo – random code) materializat printr-o succesiune de cifre

binare (0 şi 1), pe o lungime de undă în domeniul radio, în acelaşi moment. Ulterior se primesc codurile de la satelit şi se măsoar ă intervalul de timp scurs până când receptorulgenerează acelaşi cod.

Pentru a determina pozitia exactă receptoarele calculează distanţele măsurate până la patru sateliţi diferiţi. De fapt măsur ătorile de la trei sateliţi sunt suficiente pentru a stabili o poziţionare tridimensională (latitudine, longitudine, altitudine).Oricum, cea de-a patra este folosită pentru a verifica semnalul şi pentru eventualecorecţii.

Aceasta se datoreşte faptului că staţiile staţiile de la sol nu folosesc un sistem precis de măsurare a timpului asemănătoare celor instalate pe sateliţi (ceasuri atomice),

ci ceasuri cu cuar ţ, care au o precizie de 10-9 secunde (în cazul de staţiilor performante).Pentru ca aceşti sateliţi să poată fi utilizaţi ca sisteme de referinţă pentru măsur ătorile dedistanţă, trebuie cunoscută poziţia lor exactă.

25



"Constelaţia" sateliţilor GPS (după P.H.Dana, 1994)

(21 de sateli ţ i, 3 sateli ţ i opera ţ ionali de rezervă , 6 planuri orbitale, 55° înclinare,20200 km altitudine, perioada de rota ţ ie12ore)

Orbitele foarte stabile şi exacte ale sateliţilor la 20000 km altitudine, precum şimonitorizarea foarte exactă a lor, asigur ă acurateţea semnalului radio. La sfâr şitul

măsur ătorilor trebuie executate corecţii asupra uşoarelor perturbaţii ale semnalului.Unul dintre principalii perturbatori ai semnalului este atmosfera terestr ă, care poate deregla semnalul la trecerea prin ea. După cum se ştie, pătura înaltă a atmosferei,ionosfera, conţine particule încărcate şi influenţează propagarea undelor electromagnetice. Cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât semnalul este maifrânat (poate genera erori de până la 10 m). Troposfera poate induce erori în semnal cucirca 1 m datorită faptului că ea înregistrează modificări de temperatur ă, presiune şiumiditate. Un alt factor perturbator sunt vaporii de apă din atmosfer ă, dar acest fenomeneste aproape imposibil de corectat.

O altă cauză perturbatoare poate fi prezenţa unor obstrucţii locale (clădiri înalte) pe care semnalul le întâlneşte înainte de a ajunge la staţie.

În unele cazuri chiar şi poziţionarea sateliţilor poate produce erori: cu câtsateliţii folosiţi în măsur ători sunt mai apropiaţi, cu atât rezultatul măsur ătorii poate fimai slab.

La aceste perturbaţii se mai adaugă faptul că Departamentul Apăr ării al SUA, înscopuri strategice, reduce acurateţea semnalului în mod intenţionat, introducând o undă

perturbatoare.În scopuri militare sunt folosite canale speciale de transmitere a datelor, în timp

ce pentru ceilalţi utilizatori există un cod standard numit C/A code (Course/Acquisition

code) numit şi cod civil. Evident domeniul acesta este afectat de perturbaţii. Această

26



acţiune poartă denumirea de disponibilitate selectivă (Selective Availability) şi poateconduce la o eroare de câteva sute de metri.

27

curs gis

Documents