rusan

8/7/2019 rusan

1/7

RevistaInformatica Economica, nr. 1 (13) / 200034

Consideratii privind structurile de date specifice

sistemelor informationale geografice

Ing. Laurentiu-Virgil RUSANMinisterul Apararii Nationale

n domeniul administrativ, al lucrarilor publice, al dezvoltarii teritoriului si n special ndomeniul economic sunt utilizate frecvent date si informatii despre spatiul geografic. Odatacu punerea bazelor si consolidarii propriului sistem informatic, s-a simtit nevoia tot mai marede utilizare a unui suport geografic digital n vederea obtinerii unei imagini unitare a datelor

problemei de gestionat si realizarii optime a procesului de decizie. Metodele de lucru,respectiv tehnologiile specifice activitatii n domeniul geodezic, fotogrametric si cartografics-au adaptat rapid la noile cerinte si aplica pe scara larga principiile si facilitatile oferite delucrul cu sisteme de calcul cu posibilitati de procesare performante.Cuvinte cheie: modele de date, sistem informational geografic, baze de date geografice,dictionar de date.

ealizarea suportului geografic digitalpresupune diferite modalitati de con-

versie a hartilor clasice existente n formatanalogic, precum si posibilitatea integrariiacestora cu noile date culese prin interme-

diul sistemelor de masurare terestre sau aplatformelor de nregistrare aeriene si spa-tiale si obtinerea n final a unor produsecartografice digitale posibil de exploatat ndiferite aplicatii.Toate operatiunile de culegere, stocare, ac-tualizare, manipulare, analiza si afisarea adiferitelor forme de date si informatii careau caracterul de a fi georeferentiate, sereali-zeaza n cadrul unui Sistem Informa-tional Geografic (SIG).

n domeniul proiectarii si realizarii SIG, unrol important l joaca etapa proiectariistructurilor de date cartografice, n functiede care, n etapa de analiza si de exploatareefectiva, se va dovedi eficacitatea si va-loarea SIG-ului realizat.

I. Modelele de date specifice SIGDezvoltarea SIG si a sistemelor de gesti-une a bazelor de date (SGBD) s-a desfa-surat, pna nu de mult, oarecum n paralel.

n prezent are loc o fuziune a domeniuluiSGDB si SIG datorita a cel putin douatendinte. Mai nti, utilizatorii SIG au ce-

rinte din ce n ce mai complexe si seorienteaza de la implementari simple, dearie redusa, bazate pe proiecte, spre dez-voltari ample, cu arie larga de cuprindere.Aceasta tendinta necesita integrarea strnsa

ntre SIG si alte elemente specifice siste-melor informationale existente. n al doilearnd, dezvoltarile n domeniul SGDB, nspecial aparitia sistemelor de gestiune abazelor de date orientate obiect de tip rela-tional (SGBDOR), face posibila migrareadatelor SIG spre principale fluxuri detehnologii a bazelor de date pastrndu-se

nsa puterea analizelor spatiale, prelucrariisi functiilor de afisare specifice tehnologieiSIG.

n prezent, pe piata de SIG exista produsefunctionale care utilizeaza urmatoarele mo-dele de date: modelul hibrid, modelul inte-grat si modelul orientat obiect.

I.1. Modelul de date hibridPremisa de baza a unui model de date hi-brid (numit si model georelational) este canu se poate optimiza simultan mecanismulde stocare a datelor, att pentru date spa-tiale ct si pentru datele atributive. Mode-

lul utilizeaza un set de fisiere care contincoordonate si date topologice si stocheazaatributele n tabelele unui SGBD principal.

R

8/7/2019 rusan

2/7

RevistaInformatica Economica, nr. 1 (13) / 2000 35

Fiecare element are un identificator uniccare face referire la un rnd ntr-o tabela

din SGBD.

n figura 1. este reprezentat conceptualacest model.

Coordonate sifisiere topologice

Identificatorunic

Tabele atributive

Stocarea fisierelor spatiale Baze de date relationaleFig. 1. Modelul de date hibrid

n ciuda efortului suplimentar de dezvol-tare a pachetelor de programe necesaregestionarii legaturilor dintre sistemul defisiere spatiale si bazele de date externe,

SIG-urile care au la baza modelul de datehibrid sunt astazi printre cele mai desucces SIG comerciale. Exemple de astfelde sisteme sunt ARC/INFO dezvoltat deEnvironmental Systems Research Insti-tute, Inc. (ESRI), IDGS si MGE dezvoltatdeIntergraph, respectiv Bentley MicroSta-tion. Aceste produse au evoluat de la ointerfata cu un singur SGBD (INFO pentruARC/INFO, DMRS pentru IGDS), catreinterfete generice care accepta baze de daterelationale standard-industrial cum ar fi

ORACLE, INGRES, INFORMIX siSYBASE.

I.2. Modelul de date integrat

Un alt grup de furnizori de SIG aupromovat n anii 80 dezvoltarea pachete-lor de programe pe baza platformelor debaze de date relationale pure. SIG-ul a fostperceput ca un procesor de interogare ceopereaza direct pe baze de date relationale.Furnizorii au scos n evidenta avantajulutilizarii mecanismelor de concatenarerelationala standard, n locul algoritmilorproprietar de legare a datelor spatiale siatributive. n figura 2 este reprezentatmodelul conceptual de date integrat.

Tabele de elemente grafice Tabele de atributeConcatenare relationalaBaze de date relationale

Fig 2. Modelul de date integrat

Ideea unei platforme relationale pure a fostatractiva, dar n vederea gestiunii pere-chilor de coordonate asociate elementelor

grafice apar probleme de normalizare, po-trivit teoriei formelor normale propuse deJ. Codd. Modelul de date integrat sebucura de avantajele interogarii, regasirii simecanismelor de integritate a datelor, darse nregistreaza limitari privind tipurile dedate posibil de implementat n SGBDrelationale. Modelul ofera premisa ca esteposibila introducerea de noi tipuri de datesi poate extinde limbajul de interogarestandard (SQL) pentru a interactiona cu

tipuri de date spatiale. Unele implementariale modelului de date integrat sunt: GFIS alui IBM, SHL SystemHouses VERSION,

si Unisys System/9. Realiza-rile initialepentru SDE (Spatial Database Engine motor de baze de date spatial) de la ESRI,

presupune o variatie a modelului de dateintegrat prin stocarea geometriei asociateca obiecte mari de tip binar (BLOB) ntr-obaza de date relationala.

I.3. Modelul de date orientat obiectLa nceputul anilor 1990, un alt grup defurnizori de SIG a aplicat tehnologia ori-entata obiect pentru pachetele de programede tip SIG. Orientarea obiect a avut unmare succes, deoarece se puteau modela

comportamentul (sau metodele), precum sistarile (sau proprietatile) n cadrul unorobiecte care puteau fi stocate eficient n

8/7/2019 rusan

3/7


cadrul unor structuri specifice. Modelulobiect este reprezentat n figura 3.

Clasa de bazaSubclasa Subclasa

Stocare obiect

Fig 3. Modelul de date obiect

Un alt avantaj cheie a orientarii obiect esteposibilitatea de a defini ierarhii de clase.Modelul de date orientat obiect se bucurade avantaje n dezvoltarea aplicatiei simodelarii datelor, dar poseda alternative destocare a datelor. Exista doua perspectivecurente:1. Utilizarea unui sistem de stocare a da-telor orientat pur obiect.2. Construirea unui mecanism de stocare aobiectelor pe baza unei baze de date rela-tionale.Un dezavantaj al implementarii unei sto-cari a datelor orientate pur obiect este lipsa

unui limbaj de interogare standard, n ba-zele de date orientate obiect, disponibilecomercial.Un alt dezavantaj al aranjarii obiectelor

ntr-o baza de date relationala este posi-bilitatea construirii unui mecanism ierarhical claselor n locul utilizarii acelui meca-nism furnizat de un SGBD orientat obiect.Mai mult, daca se dezvolta o baza de daterelationala proprie si un limbaj de intero-gare propriu, se pune problema interopera-

bilitatii cu datele obtinute de la alti furni-zori comerciali. Exemple de SIG bazate pemodelul orientat obiect sunt: GDS,LaserScan, si SmallWorld.n prezent, SIG-urile care utilizeaza mode-le de date hibride au ocupat partea cea maiimportanta pe piata SIG si ramn atractivepentru multe segmente de piata.Modelul de date integrat ofera avantajulunui comportament omogen al bazelor dedate. Acesta sufera de lipsa de suport n

cadrul bazelor de date relationale tradi-tionale pentru tipuri de date extinse speci-fice elementelor spatiale.

Modelul de date orientat obiect are avan-taje pentru modelarea elementelor com-

plexe, dar si dezavantajul de integrare re-dusa a datelor implementate cu bazele dedate relationale principale.

II. Proiectarea structurilor de date ncadrul unui SIGII.1. Elemente generale

n abordarea specifica acestei lucrari sepleaca de la premisa ca SIG care urmeaza afi realizat utilizeaza un model hibrid dedate care integreaza att elemente grafice,

ct si tabele atributive asociate. Tabeleatributive sunt stocate prin intermediulunui SGBD de tip relational, care permitestocarea datelor spatiale si interogareaacestora utiliznd facilitati de selectie sianaliza specifice SIG. Scopul SIG-uluidezvoltat este de a realiza pe cale digitalaproduse cartografice n format digital sianalogic posibil de exploatat n diferiteaplicatii economice care utilizeaza unsuport geografic specific.n vederea proiectarii structurilor de date ncadrul unui SIG cu destinatie militara tre-buie avute n vedere principale etape derealizare si utilizare a unui SIG:construirea bazelor de date; analiza datelorstocate; prezentarea rezultatelor analizelor.

a) Construirea bazelor de date. Este etapacea mai laborioasa si reprezinta etapacritica din procesul de realizare al produ-

selor topogeodezice n format digital.Completitudinea, consistenta si preciziadatelor din cadrul bazelor de date deter-mina calitatea analizelor, respectiv calita-tea produselor cartografice realizate. Eta-pele distincte din cadrul acestei etape sunt:Proiectarea bazelor de date, care presupu-ne: studierea limitelor specifice zonei pen-tru care urmeaza a fi construita hartadigitala;

stabilirea sistemului de coordonate a-doptat, datumul orizontal si datumul verti-cal corespunzatoare datelor sursa, respectiv

8/7/2019 rusan

4/7


datelor geografice digitale din bazele dedate proiectate;

stabilirea straturilor de informatii geo-grafice digitale necesare, respectiv careelemente geografice sunt stocate n cadrulfiecarui strat; stabilirea atributelor necesare pentru fie-care tip de date; stabilirea modului de codificare si deorganizare a atributelor.

ncarcarea bazelor de date, care presupu-ne: culegerea datelor geografice spatiale sistocarea acestora n cadrul bazelor de date.Culegerea datelor se realizeaza prin proce-sul de digitizare sau utiliznd procesul deconversie a datelor de pe alte sisteme; pentru ca datele geografice spatiale sto-cate sa poata fi exploatate cu succes n re-gim automat, trebuiesc verificate si corec-tate de erori, fapt care va permite generareatopologiei; introducerea si stocarea atributele aso-ciate.Administrarea bazelor de date, presupune: referirea datelor spatiale ntr-un sistemde coordonate comun, concatenarea baze-lor de date specifice zonelor geograficeadiacente si ntretinerea (salvarea, actuali-zarea, reconstituirea) bazelor de date.

b) Analiza datelor stocaten aceasta etapa este dovedita puterea unuiSIG. Operatiunile analitice (care prin alte

metode ar fi foarte laborioase sau imposibilde realizat) pot fi realizate eficient utili-znd noile posibilitatile specifice unui SIG.Pot fi testate scenarii alternative prin mo-dificarea corespunzatoare a criteriilor siparametrilor specifici metodelor analiticede studiu. Datele intermediare obtinute carezultat al analizelor specifice SIG pot fiutilizate n functie de obiectivele propusesi bazele de date dezvoltate.

c) Prezentarea rezultatelor analizelorUn SIG ofera optiuni pentru crearea harti-lor grafice digitale si a rapoartelor. Produ-

sele finale trebuie sa ndeplineasca cerin-tele pentru care au fost proiectate si sa re-

prezinte n mod corespunzator elementelegeografice precum si relatiile dintre aces-tea. Modul de sintetizare si reprezentare arezultatelor analizelor, att grafic ct sitabelar, va determina efectul pe care l voravea aceste date n procesul de luare aldeciziei.

II.2. Proiectarea bazelor de date

n etapa proiectarii bazelor de date dincadrul unui SIG se decide asupra struc-

turilor de date ce urmeaza a fi utilizate si arelatiilor de interdependenta care exista

ntre acestea. Primul pas n dezvoltareabazelor de date digitale este determinareacontinutului ce urmeaza a fi stocat nbazele de date.Alocarea unui timp suplimentar pentruproiectarea bazelor de date nainte sa fie

ncarcate efectiv, ca urmare a procesului dedigitizare, va asigura atunci cnd va finecesara realizarea analizelor si creareaproduselor finale, toate elementele carto-grafice din continutul straturilor de date siatributele de care va fi nevoie.Proiectarea bazelor de date consta dinurmatorii pasi: identificarea straturilor dedate si atributelor corespunzatoare; defini-rea parametrilor de stocare pentru fiecareatribut; registrarea coordonatelor.

Identificarea straturilor de date si atri-butelor corespunzatoare

Primul pas al proiectarii bazelor de dateeste determinarea datelor care vor fi inclu-se n baza de date. Etapele acestui processunt: identificarea elementelor geograficesi a atributelor lor; organizarea straturilorde date; identificarea straturilor de date.

a) Identificarea elementelor geografice sia atributelor lorTrebuie identificate elementele geograficenecesare n baza de date si atributele

asociate cu fiecare element. Acestea vor fideterminate de analizele geografice si pro-dusele topogeodezice digitale care urmeaza

8/7/2019 rusan

5/7


a fi realizate. n functie de criteriile deanaliza adoptate pot exista cteva atribute

specifice fiecarui element geografic.

b) Organizarea straturilor de dateDupa identificarea elementelor grafice ne-cesare si a atributelor corespunzatoare, sepoate ncepe organizarea elementelor geo-grafice n straturi de date.Factorii care influenteaza organizarea ele-mentelor geografice n straturi de date geo-grafice difera n functie de contextulaplicatiei dezvoltate. Organizarea stratu-

rilor de date se realizeaza dupa tipurile dedate (punctual, liniar, areal) respectiv orga-nizarea tematica a elementelor grafice.Straturile de date sunt organizate astfel

nct elementele de tip punctual, liniar siareal sa fie stocate fiecare n straturi dedate separate. De exemplu, bazinele cu apareprezentate prin puncte pot fi stocate ntr-un strat, pe cnd caile de comunicatiireprezentate prin linii sunt organizate n altstrat. Elementele geografice pot fi, de ase-menea, organizate tematic n functie desemnificatie. De exemplu, cursurile de apapot fi organizate ntr-un strat si caile decomunicatii n altul (figura 4).

c) Identificarea straturilor de dateProcesul identificarii elementelor geogra-fice si atributelor corespunzatoare, res-pectiv organizarea acestor informatii nstraturi de date va determina continutul

bazei de date. n unele cazuri, straturile dedate vor fi disponibile pe harti separate,sau datele pentru zona n lucru vor fi dejastocate n format digital. n alte cazuri, vafi necesara realizarea culegerii straturilorde date dintr-o singura harta de baza. naceste cazuri este mai usoara crearea origi-nalelor de harta separate pentru fiecarestrat.Dupa ce fiecare original de editare a fostdigitizat se vor obtine elementele geogra-

fice necesare, stocate ca si coordonate X,Y n baza de date digitale, mpreuna cu atri-butele corespunzatoare.

Definirea parametrilor de stocareOdata determinate atributele necesare pen-

tru fiecare strat din baza de date, trebuiestabiliti parametrii specifici pentru fiecareatribut si tipul valorilor care urmeaza a fistocate.

a) CodificareaAtributele sunt stocate n baza de date subforma de valori numerice si siruri de ca-ractere. Unele atribute descrise de un sir decaractere sunt mai bine reprezentate ncalculator sub forma codificata. Daca

atributul descrie o clasa, el poate fi stocatmai eficient si mai usor ca un cod pentru oclasa dect ca o descriere. La proiectareabazelor de date trebuie avut n vedere caelementele grafice pot fi ntotdeaunagrupate n mai multe clase la o data ulte-riora, grupare care se poate realiza pe bazaselectiilor n functie de codurile specificeatributelor asociate elementelor graficestabilite initial.

b) Stocarea datelorn vederea stocarii eficiente a datelor, tre-buie decis cum va fi stocat fiecare atribut,respectiv spatiul de memorie necesar pen-tru stocarea fiecarui element. De exemplu,numarul de caractere necesare pentru sto-carea numelui unei cai de comunicatie vafi determinat de numele cel mai lung alunui astfel de element.Pentru cmpurile numerice trebuie deter-

minat numarul de cifre necesare si numarulde pozitii zecimale. Trebuie avut n vedereca vor fi stocate volume mari de date. Maiputin spatiu de memorie utilizat pentru unatribut va determina nregistrari de dimen-siuni mai mici, fapt care va duce la redu-cerea dimensiunii fisierelor de date.

c) Construirea dictionarului de dateDictionarul de date este o lista care pas-treaza pentru fiecare coverage numele

atributelor si descrierea valorilor atribu-tive, incluznd o descriere a fiecarui coddaca este necesar. Crearea unui dictionar

8/7/2019 rusan

6/7


de date pentru baza de date va constitui unelement de referinta pe timpul dezvoltarii

unui proiect specific SIG pentru asigurareatransferului de informatii ntre sisteme.

Fig. 4. Organizarea straturilor de date

Cai comunicatie(Liniar)

Acoperiri vegetatie(Poligonal)

Cursuri de apa(Liniar)

Bazine cu apa(Punctual)

Registrarea coordonatelorDupa identificarea straturilor de date dinstructura bazelor de date trebuie realizataregistrarea acestora n raport cu pozitia lorreciproca. Baza de date va consta dintr-unnumar de straturi de date care reprezinta

elemente diferite pentru aceeasi zonageografica.Cnd se combina date dintr-un anumit stratcu date din alt strat (de exemplu, cnd sesuprapun doua straturi de date pentru acrea unul nou) datele care coincid trebuiesa se suprapuna exact.Daca registratia coordonatelor este reali-zata, dar mai putin precis, vom avea de-aface cu probleme de deplasare relativa:poligoane aschie la realizarea suprapune-rilor, muchii (limite) zimtate cnd se gene-reaza hartile, masuratori imprecise cnddatele sunt prelucrate si sintetizate n ra-poarte sub forma tabelara.

III. ConcluziiPiata de SIG ar trebui sa beneficieze de unprogres din partea tuturor celor trei modelepe cale le furnizeaza: algoritmizarea complexa si perfor-mantele superioare ale sistemelor hibride; posibilitatea integrarii pe scara larga ainformatiilor din modelul de date integrat;

modelarea datelor si avantajele dez-voltarii aplicatiilor specifice modelului dedate orientat obiect.nainte de culegerea efectiva prin digitizarea datelor si realizarea stocarii acestora nbaze de date geografice digitale este nece-sara desfasurarea unei etape de analiza siproiectare a bazelor de date potrivit sur-selor disponibile si aplicatiilor specificeSIG care urmeaza a fi realizate. Aceasta vaasigura ca n etapa finala de exploatare aunui SIG toate datele vor fi regasite si vorcontine atributele cores-punzatoare.Un alt factor important se refera la regis-tratia corecta a surselor de date, fapt careva permite suprapunerea ulterioara a dife-

ritelor straturi de date, respectiv afisareasimultana a straturilor de date adiacente.

Bibliografie:

David J. Maguire, Michael F. Good-child, David W. Rhind Geographical In-formation System, principles and aplica-tions, Vol I, II, Langman Scientific &Technical, 1990; Understanding GIS - The Arc/Info Me-thod, Environmental Systems Research In-

stitute, Redlands (ESRI), CA, USA, 1990; Arc/Info Guides: Arc/Info Users Guide,vol I, II, ArcEdit Users Guide, ArcPlot

8/7/2019 rusan

7/7

rusan

Documents