UNIVERSITATEA DIN BUCURETIFACULTATEA DE GEOGRAFIE

Constantin NIU

Clin Daniel NIU Corneliu-Eftimie TUDOSE Mircea Cristian VIAN

SISTEME INFORMAIONALE GEOGRAFICEI

CARTOGRAFIE COMPUTERIZAT

BUCURETI 2002

1

Refereni tiinifici: Prof.dr. MIHAI IELENICZ Prof.dr. MIHAI GRIGORE

Contribuia autorilor la realizarea lucrrii:

Prof. univ. dr. ing. Constantin Niu - coordonarea ntregii lucrri i cap. I (1.1, 1.2, 1.3, 1.4 i 1.5), II, III (3.1, 3.3 i 3.4), IV (4.1, 4.2 i 4.3), V (5.1, 5.3 i 5.4) i anexele A - F;Cpt. ing. Clin Daniel Niu - cap. I (1.4 i 1.5), III (3.2, 3.3 i 3.4), IV (4.4), V (5.1 i 5.2.2) i anexele B - E;Asist. univ. geograf Cornel Tudose - cap. I (1.4), III (3.2), cap. V (5.2.2), anexele D i E i standardizarea tuturor figurilor imagini;Prep. univ. geolog Vian Mircea - cap. I (1.5), III (3.2), cap. V (5.2.2) i anexele D i F.

Culegere computerizat: prof. univ. dr. ing. Constantin Niu i ing. Clin Daniel NiuProcesare a imaginilor: prof. univ. dr ing. Constantin Niu i asist. univ. Cornel TudoseTehnoredactare computerizat: Prep.univ. geolog Mircea Cristian VIAN Coperta: Prep.univ. geolog Mircea Cristian VIAN

c Editura Universitii din BucuretiSos. Panduri, 90 92, Bucureti 76235; 410.23.84

ISBN: 973-575-650-1

2

Cuprins

Cuvnt nainte ............................................................................................................................. 5 Capitolul I : Sisteme informaionale geografice ...................................................................... 14 Capitolul II Dezvoltri n fotogrametrie, teledetecie i cartografie ................................ 66 Capitolul III. Aspecte matematice n realizarea SIG ................................................................ 88 Capitolul IV Culegerea datelor SIG ........................................................................................ 118 Capitolul V Realizarea produselor SIG (cartografie computerizat) ......... 159 Bibliografie ............................................................................................................................. 266

3

4

CUVNT NAINTE

Integrarea infrastructurii informaionale i a datelor geografice Infrastructura informaional, component a societii moderne, trebuie s conin i

datele spaiale. Interfeele structurii informaionale permit accesul i la aceste date, din care fac parte i datele geografice. Toate celelalte date, clasificate pe teme, se ataaz, de regul, datelor de poziie, detaliilor sau arealelor geografice. Trebuie s se asigure accesul la date att pentru experi, ct i pentru orice cetean, potrivit unor criterii de acces. Sistemele informaionale geografice organizeaz i structureaz datele geografice sau geodatele. Aceste date pot fi folosite eficient n alte sisteme, de exemplu n transporturi, comerul prin pota electronic, nvmnt, alocarea resurselor i consumatorilor etc. Apar noi profesii care implic lucrul cu date geografice digitale. Lumea virtual implic folosirea cu prioritate a datelor spaiale. Proiectanii s-au familiarizat deja cu aceste tipuri de date. Vizualizarea spaial cu ajutorul calculatorului devine familiar tuturor, cu accent pe nelegerea hrilor i a altor tipuri de produse.

Harta digital, alturi de reprezentrile tridimensionale, fotogramele digitale i nregistrrile de teledetecie, intr deja n produsele multimedia. Hrile de toate tipurile condiioneaz puternic gndirea uman asupra mediului nconjurtor. Sistemele informaionale geografice (SIG) permit vizualizarea interactiv i combinarea mai multor hri cu teme diferite, dar care se refer la aceeai zon. Cteva domenii de aplicare a datelor spaiale sunt dezvoltate mai jos.

Folosirea datelor geografice n timpul actual exist o pia a datelor geografice. Societatea cere din ce n ce mai

mult procesarea datelor geografice pentru asigurarea multor domenii. Sursele i consumatorii de produse au o anumit distribuie geografic. Integrarea zonal, naional sau globalizarea pieelor cere din ce n ce mai mult rezolvarea unor probleme de determinare a drumurilor optime, pentru scurtarea timpului i a costului de transport, de urmrire a vectorilor transportatori etc. Pentru rezolvarea problemelor de mai sus, se consider c multe date ale bazelor de date din toate domeniile (70%-85% din date) trebuie s aib i o component spaial.

Piaa datelor geografice este influenat de civa factori tehnologici. Unitile centrale, de nalt performan, constituie o baz capabil s asigure prelucrarea distribuit a datelor geografice, care aproape ntotdeauna au un volum mare. Reelele mari de calculatoare i infrastructura software distribuit (OLE/COM, COBRA, Java etc.), architecturile cu diferite componente (middleware i componentware) sunt importante, deoarece multe aplicaii geografice permit un acces transparent la depozitele de date pe servere situate n locuri diferite i la funcii de geoprocesare iniiate tot din diferite locuri, integrndu-se astfel toate funciile de prelucrare ntr-o schem tehnologic particular. SIG nu mai trebuie neles ca un sistem informatic local, ci ca unul distribuit, deschis, cu arhitecturi de tip middleware i

5

componentware, asigurnd suportul pentru decizii, pentru conducerile oricror organizaii cu uniti distribuite pe zone ntinse.

Tehnologia permite o vitez de geoprocesare de mrime compatibil cu cea a vitezei asigurate de tehnologiile comunicaiilor, deci n general depinznd de interfeele de interoperabilitate. Toate subsistemele viitoare vor asigura o folosire mai larg a geodatelor i telegeoprocesarea de ctre orice om. Sunt de remarcat tehnologiile performante ale bazelor de date spaiale introduse de realizatorii de sisteme de gestiune a bazelor de date (SGBD). Receptoarele ieftine i de mici dimensiuni permit determinarea rapid n timp real sau cvasireal a poziiilor geografice cu sistemele satelitare de poziionare global (GPS). Produse comerciale sofisticate, actuale i ieftine pentru suprafaa terestr se obin relativ uor din date imagine fotogrammetrice sau de teledetecie. S-au obinut i se vor obine nc mari progrese n ortofotogrammetria digital i video pentru imaginile satelitare i aeriene. Are loc o specializare continu i o difereniere a produselor n domeniile SIG, CAD i ale cartografiei digitale. Simularea interactiv, de mare importan n multe domenii ale proiectrii i testrii preliminare a multor soluii tehnice, economice, informaionale etc., devine distribuit. Se dezvolt exploziv tehnicile de vizualizare a datelor spaiale tridimensionale (inclusiv cele interactive i pentru realitatea virtual). Tehnologiile descrise mai sus au i multe variante hibride. De exemplu, imaginile satelitare de nalt rezoluie i ortofotogrammetria digital permit generarea automat precis a vederilor tridimensionale ale suprafeei terestre.

Creterea nevoilor de date geografice Un factor director n dezvoltrile viitoare este i acumularea simpl a geodatelor.

Exist doar o singur suprafa terestr i mulimea tuturor geodatelor este referit la aceasta, ntr-un anumit sistem de referin, existnd multe hri tematice, pentru fenomene naturale sau artificiale. Cum geodatele accesibile prin reea cresc pn la zeci de mii de arhive digitale n toat lumea, ele devin o baz bogat, semnificativ pentru un numr mai mare de activiti locale, naionale i globale. Datele spaiale sau geografice devin unul din fundamentele noii culturi mondiale a erei informaionale.

Informaia geospaial bazat pe reea i scopul folosirii acesteia Se dau cteva exemple de folosire a geodatelor existente n reele i resursele de

geoprocesare. Cele mai multe presupun afiarea interactiv simpl, specializat, stilizat a hrii. O mulime de teme de cercetare pot deriva prin examinarea cerinelor interfeei utilizator a tipurilor de aplicaii, precum simplitatea sau modul de generalizare, densitatea de informaie, modurile de interactivitate etc.

Oricine poate folosi o interfa pentru a se deplasa, chiar i virtual, de la un punct A al suprafeei terestre la un punct B. Receptoarele de semnale de la sistemele de poziionare global (GPS) i receptorul radiotelefonic dispuse ntr-un vehicol vor furniza coordanatele punctului A, iar ecranul pentru hart de la bord extrage din memoria intern, de pe un CD-ROM sau din paginile aurii multimedia, prin intermediul receptorului radiotelefonic, poriunea de hart (traseul spre punctul B). Pot fi solicitate i alte tipuri de geodate.

Geoprocesarea middleware i componentware va compara distanele pentru destinaiile multiple posibile. Paginile aurii multimedia, de exemplu, vor arta timpul de parcurs pentru vizitarea unor obiective alese. Programele trebuie memorate permanent n procesorul de la bordul vehicolului. Aici prin vehicol se nelege automobil, vapor, avion,

6

elicopter etc. Pe harta de pe ecran apare cu alt culoare i ecoul grafic, uneori animat, respectiv drumul parcurs.

Alte aplicaii geografice pot fi folosite de orice cetean n viaa de zi cu zi. Fiecare are cerine specifice pentru interfa. Dintre acestea se rein domeniile: nvmnt/instruire; nvmnt la distan; colaborare n cercetare; biblioteci electronice; muzee i galerii electronice; informare geografic oficial online; analiz geografic specializat; creare i utilizare de mostre ale realitii virtuale din imagini terestre pentru jocuri interactive; monitorizare a securitii unor zone i rspuns la nclcarea regulilor stabilite; determinare a unor trasee speciale condiionate; optimizare a distribuiei produselor; utilizare a unor sisteme inteligente pentru autostrzi (IVHS) i localizare a locului de parcare; informare asupra traficului, a vremii; planificare i urmrire a itinerariilor de deplasare; servicii de cltorie; resurse specifice locale i recomandri; servicii de informare urban i cadastral; gsire de locuri de munc i clieni pe plan local sau regional etc.

Diferite aplicaii geografice sunt specifice numai anumitor profesii, dintre care se amintesc: servicii de urgen pe autostrzi (A.C.R.) sau pentru poliie, pompieri etc.; creare i utilizare de mostre ale realitii virtuale din imagini ale suprafeei terestre, pentru pregtire militar, pregtire pentru cazuri de dezastre i salvare, proiectare de construcii i arhitectur; agricultur i silvicultur; cercetare a climei, cercetare biologic, ecologic, geologic etc.; planificare urban, zonal i naional; cartografiere automat i faciliti de management; supraveghere militar; descoperire, exploatare i management pentru resurse naturale; management al resurselor acvatice; monitorizare global i local a mediului; planificare a amplasrii instalaiilor comunicaiilor prin cablu, microunde i telefonie mobil; telemedicin; informare maritim global i sisteme de salvare, control al traficului aerian sau fluvial, maritim, terestru; operarea vehiculelor comerciale; alegerea locurilor de amplasare a organizaiilor comerciale sau a zonelor rezideniale, marcheting i alte aplicaii geografice specifice; determinare a corespondenei geografice a angajailor poteniali cu locurile de munc disponibile sau a furnizorilor poteniali de servicii cu clienii poteniali; reele ale administraiei publice; sisteme cadastrale etc. Numrul de aplicaii cu geodate crete continuu i va continua s creasc pe msur ce se dezvolt infrastructurile naionale i globale de date spaiale.

Hrile ca parte a vechii i noii culturi Hrile constituie o component a multor culturi, deoarece gndirea spaial este o

parte esenial a relaiei oamenilor cu mediul fizic i cultural. Chiar n cele mai simple culturi care nu au trecut la tehnica scrisului, indivizii "deseneaz" schie temporare pentru a-i reaminti sau a arta altora cum s gseasc drumul ntr-un teritoriu necunoscut. Oamenii au dezvoltat tehnici spaiale sofisticate i abiliti de comunicare spaial care sunt o baz pentru alte activiti, inclusiv simpla determinare a unui itinerar. Infrastructura naional a datelor spaiale devine o component a infrastructurii informatice naionale. Sunt create colecii de simboluri cartografice i fraze cu aceste simboluri, iar limbajul hrii este foarte important n spaiul cibernetic. Cercetarea fundamental privind motivarea spaial, memoria spaial i comunicarea spaial va constitui baza dezvoltrii corespunztoare a interfeelor (pentru) utilizator care folosesc afiarea i manipularea informaiei spaiale.

i realitatea virtual ajut pe utilizatorii de geodate s evalueze sursele de date. Deoarece vor exista foarte multe geodate disponibile i aceste geodate sunt de cele mai multe ori complexe, de mare importan sunt calitatea, coninutul i fluxul geodatelor. Ar putea fi folosit un sistem de figuri geometrice pentru a reprezenta anumii parametri de coninut, iar

7

forma, culoarea i micarea acestora ar putea reda parametrii de calitate. O interfa poate fi o hart sau n general o geoimagine. O dat ce te centrezi pe un spot comandat de un locator, poi apela diferite pictograme disponibile pe ecran, care reprezint obiecte de date. E foarte uor s se gseasc mari volume de date pe reeaua Internet, dar e greu s tii ce s faci cu ele, cu ce pachete de programe s le prelucrezi. Interfaa trebuie s furnizeze chiar i fiecrui individ, uor i intuitiv, informaii privind "calitatea" datelor. Un exemplu simplu este cum afl un turist grosimea stratului de zpad pe pistele unei staiuni montane, pentru ziua curent, cnd consult un anumit nod (de exemplu un site romnesc, www.alpinet.ro), s vizualizeze chiar imagini recente, nu imagini din timpul verii.

Hrile digitale - parte a multimedia, realitatea virtual i modificri de percepieHrile pe suport de hrtie sunt o form special a comunicrii prin intermediul

tiparului i sunt utile exploratorilor, oamenilor de tiin, istoricilor, ageniilor i birourilor municipale i naionale, militarilor, turitilor, oficiilor cadastrale, proiectanilor etc. Utilitatea hrilor este amplificat n diferite moduri cu ajutorul calculatoarelor i al reelelor de calculatoare. SIG pentru o zon are datele organizate pe teme sau straturi, straturile artnd ca i hrile pe film, suprapuse, ale acestei zone, ntr-un acelai sistem de coordonate, avnd i o interfa vizual pentru baza de date spaiale. Este posibil s se consulte SIG pentru a realiza noi hri tematice, de exemplu, toate parcelele cu cote cuprinse ntre 500 i 1000 m, n zone nepoluate chimic, cu panta sub 10%, la dstan de 2000 - 3000 m de o osea asfaltat etc., utile cuiva pentru amplasarea unei anumite construcii. Tehnologia digital permite: memorarea unei imense cantiti de geodate (inclusiv accesul prin intermediul unei reele); mrirea (zooming), deplasarea n planul ecranului (panning) i alte tipuri de proceduri interactive de manipulare a geoimaginii, care nltur limitrile spaiale ale hrtiei i ale acuitii vizuale umane; urmrirea n timp real a deplasrii; intrarea datelor direct de la sateliii sistemelor de poziionare global (GPS) i ai celor de observare a Pmntului; afiarea instantanee a datelor nespaiale - text, imagini, grafice etc., asociat cu detaliile i poziiile selectate ale hrii.

Prin intermediul hrilor tiprite pe hrtie, fiecare om se familiarizeaz cu abstractizrile grafice ale spaiilor terestre ntinse. Hrile digitale aplic aceast proprietate sau convenie de prezentare a informaiei la domenii informaionale imense ca ntindere i diversificare. Hrile digitale i zborurile virtuale pe deasupra sau printr-un domeniu spaial tridimensional vor constitui o component important a multor interfee grafice pentru utilizator, deoarece fiecare om nelege intuitiv hrile i vederile din aer sau din spaiul extraatmosferic i multe tipuri de informaii au o component spaial care face utile reprezentrile i vizualizrile spaiale.

Vizualizarea informaiei geografice sau vizualizarea geografic a informaiei permite oamenilor s sesizeze schimbrile i chiar prognozarea realitii. Aplicaiile privind realitatea virtual folosesc reprezentrile fenomenelor spaiale reale, dar i ale fenomenelor nonspaiale, pur i simplu deoarece creierul uman este obinuit s rezolve probleme n spaiul tridimensional. Pri importante ale componentei software i ale datelor necesare pentru configurarea i popularea ciberspaiului vor fi preluate de la aplicaiile de geoprocesare, din arhivele de geodate digitale i din fluxurile curente de date. n mod similar i cercetrile din domeniul gndirii spaiale vor beneficia att de "spaiul real", ct i de aplicaiile privind ciberspaiul.

8

Noi probleme de cercetare Multe probleme de cercetare fundamental i aplicativ pot fi identificate n cele de

mai sus. Cercetarea trebuie s aib n vedere interoperabilitatea geoprocesrii, avnd n vedere marele volum de date i diversitatea acestora, n primul rnd n sensul c datele spaiale vor avea un rol deosebit n interfeele spaiale, cnd diverse subsisteme pot schimba ntre ele diferite tipuri de date i pot accesa alte resurse de geoprocesare ale subsistemelor. Foarte multe aplicaii vor folosi geodate, iar dezvoltatorii de aplicaii se vor axa mai ales pe dezvoltarea de interfee. Acetia trebuie s posede att cunotine cartografice, ct i informatice referitoare la interfee. Interfeele trebuie s apeleze diferite proceduri cartografice, dar i de analiz geografic sau spaial, de simulare, de lucru n spaiul virtual etc.

Fiecare om vede lumea diferit i ca atare sunt necesare specificaii riguroase pentru datele spaiale, astfel ca acestea s satisfac toate cerinele, dar s fie de volum optimizat, fr redundan sau cu o redundan minim, necesar doar pentru control i verificare a preciziei. Aceleai date pot avea pentru diferii utilizatori denumiri diferite, atribute diferite, diferii parametri descriptivi, precum i alte tipuri de metadate.

Credem c temele de cercetare i proiectele de dezvoltare privind interfeele geografice vor genera multe concepte ce trebuie s aib n vedere, n special n universiti, efectele cognitive i sociale ale dezvoltrii n subdomeniul spaial al lumii multimedia i analiza modului de introducere n interfee a pictogramelor i procedurilor corespunztoare viziunii viitorului. Instituiile guvernamentale trebuie s aib un rol deosebit n stabilirea i planificarea temelor de cercetare i n finanarea celor care servesc dezvoltarea instituiilor fundamentale ale rii i a legturilor cu alte instituii mondiale. Prin participarea coordonat a multor utilizatori (experi persoane fizice sau organizaii de stat i particulare) n activitile de planificare i de stabilire a specificaiilor SIG, Oficiul Naional de Cadastru, Geodezie i Cartografie (ONCGC) asigur ca furnizorii s livreze echipamente, programe i tehnologii cu caracteristici care s corespund necesitilor stabilite i ca tehnologia SIG s devin parte a economiei i culturii naionale sau globale.

Prof.univ.dr. Mihai Ielenicz, Decanul Facultii de Geografie

9

INTRODUCERE

Un sistem informaional geografic este un ansamblu de subsisteme, destinat pentru culegerea, prelucrarea, integrarea, stocarea, extragerea, prezentarea i furnizarea datelor i informaiilor geografice. Ca subsisteme pot fi considerate echipamentele (n care rolul principal l au calculatoarele electronice), programele, bazele de date i de cunotine, tehnologiile i personalul de proiectare, realizare i exploatare. Informaia geografic este prezentat pe teme diferite, dar referite la un cadru geografic sau cartografic unitar. Fiecare tem este concretizat printr-un "strat" de date. Un sistem informaional geografic poate fi utilizat pentru realizarea de combinaii ale relaiilor geografice ale diferitelor straturi de date i prezentarea unei hri ca rezultat al analizei geografice. Temele individuale pot fi prezentate i separat.

Sistemele informaionale geografice trebuie s se dezvolte n cadrul larg al infrastructurii informaionale. n conceperea, proiectarea, dezvoltarea, implementarea i ntreinerea unui asemenea sistem se disting urmtoarele faze generale: specificarea datelor i surselor de date (definirea intrrilor); culegerea, transmiterea, memorarea, prelucrarea, structurarea, stocarea i regsirea datelor i informaiilor; folosirea datelor i informaiilor n activitile decizionale i de aciune asupra mediului nconjurtor.

Realizarea sistemelor este favorizat de dezvoltarea geotiinelor, a tehnicii de calcul i a produselor program, a informaticii, ciberneticii etc.

Lucrarea abordeaz probleme teoretice i practice ale metodelor de proiectare a unui sistem, de alegere i completare a programelor, de structurare, culegere, validare i utilizare a datelor (cu accent pe metodele fotogrammetrice, cartografice i de teledetecie de culegere), de utilizare a datelor pentru realizarea unor produse etc.

n capitolul I sunt definite societatea informaional i sistemul informaional geografic (fazele de realizare, proprietile, avantajele de folosire etc.). Sunt date exemple de asemenea sisteme. Este descris analiza geografic i sunt exemplificate unele rezultate ale analizei. Subcapitolul 1.3 trateaz structurile de date geografice, cu accentuare pe cele topologice i pe cele orientate pe obiecte (concepie, mecanisme i construcii de abstractizare etc.), concluzionndu-se asupra criteriilor de alegere a unei anumite structuri. O tratare aparte este cea a proiectrii unui sistem informaional geografic (SIG), respectiv comparaia statistic a funcionalitii pachetelor de programe SIG (subcapitolul 1.4, dup o clasificare a programelor pe baza coeficienilor de similaritate i a analizei gruprilor) i identificarea nevoilor de date geografice digitale (subcapitolul 1.5), cu indicarea domeniilor de aplicare i utilizare, tipurilor i surselor, a structurii geometrice, a preciziei, a coninutului, modului de distribuie, a ciclurilor de actualizare, a nivelului de detaliere etc. Sunt oferite astfel dou metode obiective de proiectare, cu prezentarea grafic i numeric sugestiv a rezultatelor.

Capitolul al II-lea analizeaz dezvoltrile n fotogrammetrie, teledetecie i cartografie, pentru a justifica utilizarea metodelor acestora la realizarea i utilizarea SIG. Subcapitolul 2.1 dezvolt concepia de geoimagini, ca o generalizare a tuturor purttorilor de informaii referitoare la spaiul geografic. Sunt tratate stadiul i tendinele de obinere a imaginilor surs, tehnologiile, algoritmii i procedurile de prelucrare a datelor, produsele cartografice, fotogrammetrice i de teledetecie ce pot fi realizate cu SIG, harta ca surs i ca

10

produs principal al SIG, funciile hrii n noua postur a acesteia, noile produse cartografice multimedia, necesitatea dezvoltrii limbajului cartografic n noua concepie etc. Se exemplific un sistem geoiconic digital complex, descriindu-se segmentele sistemului, particularitile de realizare, pregtirea personalului etc. Concluziile trase se refer la modul de utilizarea a tehnologiilor fotogrammetrice, cartografice i de teledetecie n proiectarea i realizarea SIG.

Capitolul al III-lea trateaz unele aspecte matematice n realizarea SIG, dezvoltate insuficient n literatura de specialitate. Subcapitolul 3.1 trateaz utilizarea n SIG a teoriei informaiei, respectiv determinarea cantitii de informaie a geoimaginilor sau a unei zone terestre i codificarea detaliilor i datelor. Determinarea cantitii de informaie comport clasificarea elementelor dup diferite sisteme (pe baza coeficienilor de corelaie Pearson, de distan, cosinus-theta etc.), analiza gruprilor rezultate, calculul cantitii de informaie a clasificrii, calculul cantitii de informaie a geoimaginii (bazei de date) i calculul coeficientului generalizrii SIG. Este exemplificat metoda pentru clasificarea unor localiti dintr-o anumit zon dup numrul locuitorilor, cu determinarea intervalelor de clasificare cu diverse metode (progresiei geometrice, progresiei aritmetice i seriilor). n tabelul 3.3 sunt dai parametrii metodelor de clasificare (numrul de intervale, cantitatea de informaie H, entropia maxim, entropia relativ i redundana). Concluzia care rezult este c se aplic metoda care d redundana minim (pentru cazul din tabel, metoda seriilor, pentru care redundana este 0,061). Coninutul informaional al unei zone de teren ridicate geodezic i topografic, a imaginii-hart a acesteia sau a bazei de date vectoriale este calculat cu relaia dat de Schlage (1996), inndu-se seama de numrul de detalii individualizate, perioada de existen a detaliului, numrul de clase ale detaliului, coeficientul dimensional al imaginii detaliului, numrul de detalii k-dimensionale, numrul de puncte caracteristice ale unui detaliu (simbol), gradul de complexitate al detaliului (simbolului), coeficientul de importan al detaliului (simbolului) i numrul total de fragmente sau caractere din compunerea detaliului (simbolului). S-a fcut calculul doar pentru o parte din suprafeele foilor de hart la scrile 1:25.000, 1:50.000 i 1:100.000, obinndu-se datele din tabelul 3.4. S-a calculat i coeficientul teoretic al generalizrii i s-a concluzionat c generalizarea cartografic a fost corect. La realizarea unor baze de date, determinarea cantitii totale de informaii a bazei poate fi fcut doar dup popularea acesteia.

La codificarea datelor i detaliilor s-au tratat baza matematic a codificrii i soluiile de introducere a cuvintelor de cod, alegndu-se ca soluie optim tehnica meniurilor.

Algoritmul de cutare a domeniului ortogonal generalizat folosind aproximarea pe straturi a spaiului multidimensional (3.2) a fost tratat ca o problem general ce are aplicabilitate la generarea semnelor convenionale areale i la consultarea bazei de date a SIG. Algoritmul a fost realizat pentru spaiile 2D i nD. Rezultatele concrete ale corectitudinii algoritmului sunt demonstrate n capitolul al IV-lea.

Subcapitolul 3.3 trateaz precizia datelor i produselor SIG, cu referiri la tipurile i sursele de erori, precizia poziional, precizia atributelor, precizia conceptual, precizia logic etc. O problem important este aprecierea preciziei de clasificare cu ajutorul coeficientului Kappa (pentru care s-a dat i un exemplu n anexa F(e)) i aprecierea generalizrii, aa cum s-a artat, cu metodele analizei informaionale. O alt problem o constituie studiul erorilor de digitizare, n special pentru transformrile polinomiale aplicate n diferite faze tehnologice, cu aprecierea influienei fiecrui termen al transformrii i a modului de dispunere a punctelor, metod ce poate fi extrapolat tuturor tipurilor de transformri. Reprezentarea grafic a

11

erorilor de digitizare permite o nelegere intuitiv a acestora (anexa F(a,b,c,d)). Schema (d) din anexa F arat modul de cumulare a erorilor.

Subcapitolul 3.4 trateaz detectarea limitelor n prelucrarea imaginilor, analizndu-se rezultatele aplicrii a cinci filtre (Roberts, Prewitt, Sobel, Kirsch, Log) asupra unor imagini sintetice i asupra unor imagini fotogrammetrice. Metodologia de analiz constituie o alt problem important pentru automatizarea culegerii datelor. n final se concluzioneaz asupra particularitilor de aplicare a fiecrui filtru.

Capitolul al IV-lea trateaz metodele, algoritmii i procedurile de culegere i validare a datelor SIG. Subcapitolul 4.2 descrie generalizat metodele de culegere a datelor topogeodezice (folosirea sistemelor de poziionare global NAVSTAR sau GLONASS i a aparatelor topografice moderne). Subcapitolul 4.3 trateaz culegerea datelor vectoriale prin digitizarea hrilor i ortofotogramelor, respectiv procedurile de digitizare raster-vectorial semiautomat i automat. O contribuie important este recunoaterea automat a obiectelor punctuale (4.3.1.2.1) folosind serii Fourier i teoria mulimilor fuzzy, ambele metode ducnd la aceleai rezultate. Subcapitolul 4.4 trateaz digitizarea vectorial fotogrammetric, respectiv exploatarea fotogrammetric la stereorestitutoarele analogice i la aparatele fotogrammetrice analitice. Sunt prezentate programele de prelucrare ntocmite de autori i experimentate pe date curente de producie i n special pe date rezultate din msurarea imaginilor obinute n poligonul fotogrammetric naional. Principalele probleme asupra crora s-a insistat sunt aplicarea coreciilor suplimentare dup orientarea interioar numeric pe baza coeficienilor de distan, prin diminuarea discordanelor din indicii de referin, reprezentarea grafic a discordanelor dup orientarea absolut cu ajutorul programelor specifice modelelor digitale ale terenului i proiectarea tehnologiei de msurare, prelucrare i interpretare.

Subcapitolul 4.4.3 trateaz prelucrarea imaginilor digitale, n completare la operaiunile de prelucrare descrise n capitolul al III-lea. Sunt tratate problemele i soluiile privind recunoaterea formelor n fotogrammetrie, procedura de recunoatere bazat pe detalii, aplicat fotogramelor la scar mare. O problem aparte este analiza multirezoluie n SIG, pentru care s-au realizat tehnologia, algoritmii i procedurile de detectare a limitelor zonelor multirezoluie pe baza piramidelor imagine i de detectare a limitelor multirezoluie pe baza focusrii pe frontiera zonei (piramida generalizeaz histograma din plan).

n anexa D se prezint rezultatele prelucrrii imaginilor cu procedurile realizate de autor sau cu cele ale altor pachete de programe de firm utilizate. Anexa cuprinde localizarea zonei de studiu, imaginile unei subzone referitoare la folosina terenului, tipurile de sol, adecvarea terenului pentru sisteme agroforestiere, terenul pentru culturi bazate pe precipitaii, folosirea optim a terenului i hazardul la eroziune, respectiv adecvarea pentru sisteme agroforestiere pentru ntreaga zon. n anex sunt prezentate i rezultatele aplicrii filtrelor de detectare a limitelor, fiind date imaginile sintetic i fotografic iniiale, limitele detectate pentru imaginea sintetic normal i pentru o subimagine sintetic nclinat, limitele detectate pentru imaginea fotografic i imagini combinate din imaginea fotografic iniial i imaginile limitelor detectate cu diferite filtre. Trebuie s se remarce c i rezultatele prezentate n prima parte a anexei au fost obinute inclusiv prin aplicarea celor cinci filtre de detectare a limitelor, precum i a altor filtre.

Capitolul al V-lea trateaz problematica realizrii produselor SIG. Subcapitolul 5.1 trateaz construcia hrilor, surse i n acelai timp produse principale ale SIG, respectiv limbajul de descriere a semnelor convenionale, procedurile de construcie (generare) automat a fragmentelor de simboluri i simbolurilor punctuale, liniare i areale, meniurile pentru semne convenionale i inscripii. Autorii prezint funciile programelor realizate i

12

exemple de proceduri de generare a semnelor convenionale i inscripiilor i de construcie i editare a hrilor. Exemplele practice din capitol i din toate anexele demonstreaz corectitudinea programelor ntocmite. Cele de mai sus sunt contribuii originale ale autorilor i au aplicabilitate deosebit att la realizarea hrilor complexe (topografice i tematice deosebite) n organizaii de profil cartografic, ct mai ales la realizarea hrilor tematice cu coninut simplificat (la imprimante color), cnd se folosesc numai date extrase din SIG. O aplicabilitate militar deosebit este suprapunerea prin afiare sau tiprire pe hrile topografice sau tematice complexe de noi straturi, de exemplu situaia operativ-tactic dintr-o zon de aciune (responsabilitate). n anexa C se arat modul de rezolvare a unor probleme dificile de cartografie, care pot fi aplicate n principiu la orice reprezentare grafic n SIG, respectiv plasarea inscripiilor (C(a)), deplasarea reciproc a obiectelor (C(b)), generalizarea detaliilor punctuale prin detalii areale (C(c)), simbolizarea complex (C(d)) i rezolvarea problemei alinierii i racordrii la generarea semnelor convenionale areale (C(e)). Pentru fiecare caz n parte se arat grafic principiul de rezolvare, se indic procedurile scrise n AML i principalele comenzi Arc/Info utilizate.

Subcapitolul 5.2 trateaz extragerea informaiei hidrologice dintr-un model digital altimetric, de importan deosebit att n controlul suprapunerii diferitelor straturi tematice ale SIG, ct i n problemele de cartografiere, de analiz a situaiei bazinelor hidrografice i de proiectare a unor lucrri hidrotehnice (necesitate demonstrat i de catastrofele n urma unor inundaii din ultimii ani). Contribuiile autorilor constau n analiza situaiei existente (5.2.2), conceperea i realizarea a dou metode i proceduri de extragere a traseelor de scurgere i a liniilor de creast, respectiv, metoda bazat pe structura de date Voronoi (5.2.3) i metoda bazat pe structura de date de tip gril (5.2.4), numerotarea punctelor traseelor i construcia arborescenei reelei. Se concluzioneaz asupra cazurilor de folosire a celor dou metode i asupra avantajelor i dezavantajelor.

Subcapitolul 5.3 trateaz reprezentarea plan prin umbre a variabilelor de tip z=f(x,y), cazul reprezentrii reliefului fiind un caz particular. Dup prezentarea general a problemei, sunt propuse soluiile de vizualizare (bazate pe simularea luminii i umbrelor, modelul de simulare considernd o singur surs aflat la o distan foarte mare i c suprafaa iluminat nu reflect energia luminoas), dezvolt modelul de profile i umbrirea compus color. n anexele D i E(d) este artat reprezentarea grafic a hrii n relief a rii noastre cu algoritmul propus i descris de autori, folosind ca date iniiale datele de tip gril (DTED), preluate prin reeaua Internet, puse la dispoziie de Agenia Naional de Cartografie i Imagistic a S.U.A. (NIMA),.

Subcapitolul 5.4 prezint exemple de alte modele de produse realizate cu datele SIG, exemple fiind artate i n anexa E. Toate aceste produse se obin cu programe i tehnologii foarte diferite, de aici rezultnd complexitatea SIG.

Mulumim Facultii de Geografie a Universitii din Bucureti, n mod deosebit domnului decan prof.univ.dr. Mihai Ielenicz, pentru tiprirea acestui manual i pentru condiiile create de introducere n programele de nvmnt a cursurilor "Sisteme informaionale geografice" i "Cartografie computerizat", care completeaz cunotinele nsuite la cursul de "Geoinformatic", dnd noi dimensiuni pregtirii studenilor, celor ce urmeaz cursuri postuniversitare, doctoranzilor i tuturor cadrelor didactice.

Autorii

13

CAPITOLUL I : SISTEME INFORMAIONALE GEOGRAFICE

1.1 Societatea informaionalSocietatea postindustrial se bazeaz pe o economie a informaiilor i a

cunoaterii, cu o infrastructur definit de comunicaii i de calculatoare (ca expresie hardware i software), care permite globalizarea schimbului de informaii i de cunotine, n cadrul unor noi modele de dezvoltare. Expresia de societate postindustrial modern este creat de tehnologia intelectual, avnd drept caracteristici naturale majore informaia i cunoaterea, spre deosebire de societatea industrial, care se bizuie pe o tehnologie a mainii pentru amplificarea sau nlocuirea muncii fizice.

Economia informaiilor i a cunoaterii difer de economia de bunuri. Problema principal a noii societi este realizarea unei noi infrastructuri, dar nu prin eliminarea celei vechi, ci prin adaptarea sa. Noile produse, informaiile, exprimate prin mulimi de date, pot fi livrate utilizatorilor, dar, spre deosebire de bunuri, rmn i la cel ce le creaz, ba mai mult, pot fi revndute de mai multe ori, cel ce le creaz beneficiind i de dreptul de autor.

Infrastructurile informaionale trebuie create la nivelele organizaional, zonal (comunal, orenesc, municipal, judeean, naional, regional etc.) i global. n ultimii ani, dezvoltarea acestora s-a fcut similar cu evoluia calculatoarelor electronice care ofereau servicii de prelucrare a datelor din deceniile al aptelea i al optulea ale acestui secol. Pentru dezvoltarea infrastructurii informaionale este necesar, pentru orice nivel, luarea unor msuri ca: elaborarea unei strategii de dezvoltare; meninerea i dezvoltarea capacitii de cercetare, dezvoltare i inovare; crearea condiiilor de legare cu infrastructura de nivel superior (municipal, judeean, naional, continental sau global); crearea cadrului legal i al reglementrilor necesare infrastructurii i sistemelor informaionale.

Sistemele informaionale spaiale (geografice) trebuie s se dezvolte n acest cadru larg al dezvoltrii infrastructurii informaionale, fiind, dup unii autori, component a acesteia. Societatea informaional este deci o societate bazat pe cunotiine i informaii. Tehnologiile specifice acestei societi constau n producerea, prelucrarea, structurarea, memorarea, transmiterea, recepionarea i utilizarea informaiei (considerat a fi materia prim a cunoaterii). Competitivitatea unei organizaii, a conducerii unei zone sau a unei ri are ca factor de baz accesul uor i rapid la informaii i cunotine n ambele sensuri i de la cei ce conduc la cei condui, ct i invers.

Infrastructura informaional global este deja o realitate care va marca evoluia lumii i va marca profund viaa individului i a comunitilor umane, activitatea economic mondial i zonal. Uneori este neglijat chiar tehnologia de producere a informaiei. Reeaua Internet permite i informarea, dar i realizarea unor operaiuni de producie i comerciale.

14

1.2 Sistemul informaional geografic

1.2.1 Sistemul informaional spaialPrintre sistemele informaionale dezvoltate n ultimele decenii, un rol aparte l au

sistemele informaionale spaiale, sisteme concise sau elaborate (Niu, C., 1992 Longley, 1995), care nregistreaz, prelucreaz, memoreaz, furnizeaz i utilizeaz datele despre obiectele, evenimentele i fenomenele caracteristice unui spaiu dat. Informaia referitoare la aceste elemente are caracteristici metrice i semantice. Dintre caracteristicile sau atributele metrice, un rol preponderent l au datele de poziie, respectiv coordonatele. Cnd spaiul definit este o zon terestr mic, sistemul informaional spaial (SIS) devine sistem informaional teritorial (SIT). Cnd spaiul de definiie a poziiei elementelor este spaiul geografic, SIS devine sistem informaional geografic (SIG). Un SIG poate rezulta din concatenarea i generalizarea unor sisteme informaionale teritoriale ale unor zone adiacente. n unele ri se accept doar denumirea de sisteme informaionale teritoriale pentru toate aceste genuri de sisteme.

n cazul SIG, datele de poziie sunt coordonatele geografice, definite ntr-un datum geodezic acceptat, universal.

SIG cuprinde, ntr-o accepiune mai larg, fazele de la specificarea datelor de intrare pn la deciziile de control asupra proceselor naturale, economice sau sociale, iar ntr-o accepiune limitat, numai fazele de la specificarea datelor de intrare, pn la afiarea rezultatelor sub form grafic (cartografic) sau alfanumeric. Ieirile sistemului sunt folosite n acest caz de ctre alte sisteme informaionale (de protecie a mediului, de management economic, militar etc.). Elementele unui SIG sunt grupate n: hardware (calculatorul electronic, reeaua de calculatoare, perifericele obinuite de intrare ieire i de memorare, perifericele specializate utilizate n special la culegerea datelor, reelele de comunicaii etc.); software (programele de sistem, programele de comunicaii, programele de gestiune a datelor, programele ce asigur prelucrarea i validarea datelor culese, programele de analiz geografic etc.); sursele i coleciile de date i informaii cu produsele ce le conin; tehnologiile de culegere, validare, organizare, stocare, furnizare i utilizare a datelor i informaiilor sub diferite forme; personalul ce proiecteaz, realizeaz i utilizeaz sistemul.

Fig. 1.1 Componentele unui sistem informaional (dup ESRI)

15

Sistemele se pot categorisi n multe moduri. Astfel, dup destinaia produselor (ieirilor), pot exista sisteme informaionale topografice, cadastrale, geologice, hidrologice, oceanografice, glaciologice, meteorologice, silvice, de transport etc.

Exemple de asemenea sisteme sunt date mai jos.

Dup domeniul de definiie pentru date sistemul poate fi municipal, judeean, regional, naional, continental, intercontinental i global. Nu exist nc un SIG total pentru o zon dat, care s satisfac utilizatorii tuturor domeniilor economice, sociale sau naturale existente. Interconectarea tuturor sistemelor domeniilor face ca sistemele s devin subsisteme distribuite ale unui sistem integrat virtual.

1.2.2 Fazele realizrii i proprietile de performan ale SIGn conceperea, proiectarea, dezvoltarea, implementarea i ntreinerea unui SIG se

disting urmtoarele faze generale: specificarea datelor (definirea intrrilor); culegerea, transmiterea, memorarea, prelucrarea, structurarea, stocarea i regsirea datelor i informaiilor; folosirea datelor i informaiilor n activitile decizionale i de aciune asupra mediului nconjurtor.

Proprietile de performan ale sistemului sunt: calitatea de a culege, stoca i regsi rapid datele necesare; securitatea, sigurana i mentenabilitatea datelor; compatibilitatea sistemului cu alte sisteme; timpul de rspuns la cererea de date i informaii; coerena sistemului (legtura logic a datelor stocate i a tipurilor de proceduri utilizate); flexibilitatea sistemului; capacitatea sistemului de a aciona continuu pentru realizarea scopului propus; randamentul sistemului.

1.2.3 Avantajele folosirii SIGAvantajele folosirii SIG sunt urmtoarele:

-reducerea operaiunilor de rutin i automatizarea lurii deciziilor n probleme care implic folosirea datelor geografice;

-identificarea cuantificat a problemelor organizrii i a operaiunilor tehnice cu date geografice;

-controlul obiectiv al calitii datelor i al operaiunilor (obiectivizarea controlului);-verificarea automat a ndeplinirii restriciilor, regulilor i normativelor n domeniul

folosirii datelor geografice;-eliminarea duplicrii funcionale n lucrul cu date i informaii geografice;-reducerea ciclului proiectare realizare evaluare pentru diferite domenii de activitate

care folosesc date referite n spaiul geografic;-diversificarea formelor de prezentare a produselor ce conin date spaiale (geografice);-creterea parametrilor de precizie a datelor ce definesc poziia geografic sau a datelor

derivate din (referite la) acestea;-posibilitatea de a rspunde n timp real sau cvasireal n cazul unor evenimente

neprevzute (cutremure, inundaii, alunecri de teren etc.).

1.2.4 Exemple de SIGPe plan mondial s-au realizat sau sunt n curs de realizare sisteme informaionale

geografice cu scopuri multiple sau cu scopuri particulare. S-au dezvoltat i problemele teoretice i metodologice referitoare la SIG. n cercetrile tiinifice sunt angrenai cartografi, fotogrammetriti, geografi, specialiti n teledetecie, statisticieni, informaticieni etc. Printre cele mai vechi sisteme se amintesc WDB, GBF/DIME i GIRAS (S.U.A.), RGU (Frana),

16

NIMS (Suedia) etc. SIG militare (Bernard, 1990) au un rol deosebit n pregtirea i ducerea operaiilor i luptelor i n asigurarea logistic.

La nceput sistemele s-au dezvoltat prin metoda ncercrilor i erorilor, pornindu-se de la necesiti practice imediate. Un sistem global cunoscut este WWW (World Wether Watch, a nu se confunda cu prescurtarea utilizat n Internet), un SIG meteorologic ce cuprinde toate instituiile meteorologice ale tuturor rilor, interconectate. n Marea Britanie a fost realizat sistemul ENVIRON pentru rezolvarea unor probleme demografice.

Alte sisteme care dein ntietatea ca timp de ncepere a realizrii i nivel de funcionalitate sunt descrise mai jos, specificndu-se deintorul, suportul de date, datele tematice cheie, anul de ncepere a realizrii etc. (Longley, 1990; Maguire, 1995):a) Denumire: CAGEASDeintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Agricultur, ferme: numrul de ferme pe districte i state, folosirea terenului, sisteme de irigaii, suprafee irigate, recolte pe ani, depozite, valoarea produciei vndute a fermelor, fermele clasificate dup diferite caracteristici, caracteristici de exploatare ale fermelor, tipul de organizare, valoarea de pia a fermelor, vrsta i ocupaia principal a celui ce conduce exploatarea fermeiOrganizarea datelor: Baz de date relaional (BDR)Anul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.

b) Denumire: CPH (populaie i cldiri)Deintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Pentru fiecare cetean - codul numeric personal, numele i prenumele, sexul, data i locul naterii, starea civil, rasa, studii, ocupaia, venitul anual, domiciliul, raportul cu locuina etc.; pentru fiecare locuin tipul locuinei, situaia, proprietarul, actul de proprietate, cine locuiete, actul de nchiriere, numrul de camere, suprafaa locuibil etc.Organizarea datelor: BDRAnul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.

c) Denumire: CSIGAS (servicii) Deintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Servicii de sntate, servicii pe profesii, hoteluri i moteluri, ateliere de reparaii, servicii de personal i de afaceri, parcri, teatre, muzee, galerii, alte instituii de cultur, grdini botanice, grdini zoologice, locuri de recreere, notariate, alte birouri legislative etc., cu diferite caracteristiciOrganizarea datelor: BDRAnul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.

d) Denumire:US TigerDeintor (realizator): Geological Survey (n colaborare cu US Census Bureau)

17

Date cheie: Strzile principalelor metropole din S.U.A., pe metropole, cu acces prin Internet, cu denumire, sens de parcurgere, trafic pe ore ale zilei i pe perioade diferite, gradul de poluare, unele limite ale zonelor areale etc. Organizarea datelor: Structur topologic (TIGER)Anul nceperii funcionrii sistemului: 1990Infrastructura: Servere de date pe metropole i centrale, accesate prin InternetZona geografic: Metropolele S.U.A.

e) Denumire: SCEDP/SCIP (afaceri i planificare)Deintor (realizator): University of South CarolinaDate cheie: Ocuparea terenului (n vederea proiectrii de noi ntreprinderi, firme, utiliti etc.); straturi de date cu reeaua de transport, sistemele hidrotehnice, reeaua acvatic, calitatea aerului, acoperirea terenului i folosina terenului, demografia, firmele industriale, comerciale, bancare, de afaceri etc. existente .a.Organizarea datelor: Structuri topologice, structuri raster grosiere n BDR, trecere n anii urmtori la structura de date pe obiecteAnul nceperii funcionrii sistemului: 1996Infrastructura: Server de date i reea de calculatoare n Carolina de Sud, cu acces rezervat beneficiarilor codificaiZona geografic: Carolina de Sud

f) Denumire: EuroMOSAICDeintor (realizator): CCN (Marea Britanie i celelalte ri ale CE)Date cheie: clase de consumatori n Comunitatea European, caracteristici demografice, sociale i de locuitOrganizarea datelor: Baz de date relaional pentru atribute, structur topologic pentru date spaialeAnul nceperii funcionrii sistemului: neprecizatInfrastructura: : Servere de date, central i n capitalele rilor CE , accesate prin InternetZona geografic: rile Comunitii Europene

f) Denumire: National Cadastral (Austria)Deintor (realizator): Austrian Federal Agency for Cadastry (prin Datamed)Date cheie: Cadastru, parcel, proprietar, hart cadastral, folosina terenuluiOrganizarea datelor: Baz de date relaional, structur topologic pentru date spaialeAnul nceperii funcionrii sistemului: n curs de realizareInfrastructura: 68 servere la agenie i oficiile regionale, software de la ESRIZona geografic: Teritoriul Austriei

Numai n anul 2.000 au fost comunicate ca realizate i livrabile imediat importante colecii de date, specificate n presa de specialitate (ntre paranteze sunt date firmele): date despre frontiere, n cod ZIP (Caliper); baza de date hidrografice (CARIS); dou hri numerice pentru Europa - ArcEurope Base Map i ArcEurope Demographics, de fapt dou puternice baze de date geografice sau cartografice (ESRI); ultimul catalog CAE - CAE Directory (lansat pe site-ul TenLinks.com); cea mai mare arhiv online de imagini ale planetei Pmnt (dat n exploatare de GlobeXplorer); "hart multistrat complet" - Versatile MAP (Magellan); baza de date geografice Census 2000, care conine totalitatea datelor statistice pentru SUA, statele, districtele i localitile componente, existnd i date vectoriale pentru frontierele tuturor diviziunilor administrative (Census Bureau, SUA); baz de date geografice

18

complex, denumit Virtually Canada - Canada virtual (Geomatics Canada) etc. O colecie interesant de date este Global Data Bundle, care conine datele mai multor baze realizate anterior independent, respectiv ale DCW (harta digital a lumii, obinut din digitizarea foilor hrii de aeronavigaie la scara 1:1.000.000), ale DTED (date digitale altitudinale) i ale bazei de denumiri geografice (World Place Name Database), livrabile mpreun la preuri rezonabile.

1.2.5 Analiza geograficAnaliza geografic se bazeaz pe utilizarea datelor spaiale n determinarea unor noi

atribute ataate elementelor i fenomenelor geografice, inclusiv arealelor geografice la scar local, regional sau global. Un aspect comun i recursiv al informaiei geografice de toate tipurile este c exist areale eterogene; aceast eterogenitate spaial, nestaionaritate sau variaie localizat extra-Poisson (sau definit altfel) poate prezenta probleme deosebite pentru modelele statistice convenionale (care presupun relaii globale fr particulariti spaiale), rezolvarea fiind dat uneori de o soluie destul de simpl. Se folosesc unele proceduri de analiz, dintre care se rein clasificarea spaial, detectarea eantioanelor (clusterelor) spaiale, analiza (spaial) fuzzy, detectarea i modelarea relaiilor spaiale, modelarea prin regularizare, recunoaterea formelor (paternurilor) spaiale, adugarea de valori unor noi atribute spaiale etc.

Se accept n mod general c apariia analizei geografice este legat de dezvoltarea geografiei cantitative i statistice, ncepnd din 1950. Kubo (1995) susine c japonezii sunt pionierii analizei geografice din 1930. Anselin (1989), Goodchild et al. (1995) prefer utilizarea expresiei analiza datelor spaiale.

1.2.5.1 Proceduri de analiz geografic

Clasificarea spaial, care se va trata pe larg n capitolul al IV-lea, presupune mprirea spaiului contiguu 2D sau 3D n parcele sau uniti de volum, crora s li se atribuie una sau mai multe caracteristici, prile fiind nedelimitate fizic, frontierele definindu-se ca limite ale domeniului de definiie spaial ale variabilei analizate, de exemplu pentru fenomenul densitate a populaiei.

Detectarea eantioanelor (clusterelor) spaiale s-a nscut aproape o dat cu calculatorul electronic (n cadrul ciberneticii) i s-a dezvoltat n paralel cu evoluia acestuia (dar independent) (Vancea, R. et al, 1989). Obiectul recunoaterii eantioanelor este deja controversat. In cadrul recunoaterii formelor, n care eantioanele au rol determinant, au fost introduse la nceput toate tentativele de a oferi modele ale unor fenomene, modele care s imite analiza i descrierea de ctre om, ba mai mult, s obiectivizeze analiza i descrierea. Aici au fost introduse probleme din cadrul inteligenei artificiale i al lucrului interactiv cu calculatorul, n domenii dintre cele mai diverse, precum proiectarea asistat de calculator, tehnicile de recunoatere a formelor psihologice, biologice, lingvistice, geografice etc. Filtrele de detecie a eantioanelor n cadrul recunoaterii formelor sunt denumite n geografie detectoare (Longley, 1995).

O dezvoltare general a tehnologiei de clasificare ntr-un domeniu complet nou este focusat n special pe forme i eantioane. Un exemplu elocvent din aplicaiile geografice este folosirea metodelor epidemiologice spaiale pentru determinarea arealelor de prezen a anumitor maladii. Contururile acestor zone definesc formele care trebuie recunoscute (gsite), pe baza unor eantioane. In acest caz, localizarea (poziia) poate fi folosit ca un filtru spaial n procesul de selecie. Localizarea formelor poate fi, de asemenea, relevant dac pot fi

19

identificate metaforme, folosite apoi n predicie. Sublinierea necesitii analizei spaiale este dat de faptul c doar atributele (caracteristicile) social-economice nsei nu sunt suficiente pentru a descrie sau a face predicia rspunsurilor i c exist interaciune ntre aceste atribute (variabile) i poziia geografic relativ. Interaciunea este de dou feluri legat de efectele de vecintate i legat de efectele de poziie. Exemple ale efectelor de poziie relativ n analiza geografic sunt caracteristici ca: nvecinarea cu linia de centur a capitalei; rural sau urban; n centrul oraului; localizare sezonier; n centrul comercial sau n centrul industrial; n zon aglomerat sau neaglomerat; zon recent populat etc. Atribuirea de valori ale atributelor de mai sus pentru arealele geografice permite o analiz geografic prin determinarea eantioanelor, apoi a formelor.

Analiza spaial fuzzy. Concepia unui sistem fuzzy n domeniul geografic nu este nou (Openshaw, 1989), dar un asemenea sistem nc nu s-a realizat. Ideea de baz este s se exploateze incertitudinea (neclaritatea) spaial n sistemele geografice. Exist dou domenii de incertitudine: primul este dat de asignarea de valori ale atributelor sau de enumerare pentru unele zone (sate, comune, cartiere, orae, judee etc.), iar al doilea n asignarea adreselor potale (pe principiile geografiei potale) zonelor de mai sus. Cele de mai sus sunt ntlnite mai ales la fenomenele geografice dinamice, incertitudinea fiind dat de precizia de msurare a valorilor unor atribute.

n toate clasificrile datelor dup mai multe variabile exist unele zone pentru care nu exist date sau exist date incerte. Un exemplu clar este determinarea suprafeei geoidului pentru suprafaa rii. Ar trebui s se cunoasc valori ale acceleraiei gravitaionale i ale cotelor pentru o mare suprafa a zonei vecine rii pentru o interpolare corect, n caz contrar gradul de incertitudine se mrete la frontier. In geografie, se poate considera ca sistem fuzzy cel geodemografic, care ar permite unui utilizator s cear s i se rspund ce adrese nu mai sunt actuale (vezi schimbarea frecvent a toponimelor fr actualizarea tuturor denumirilor n teren sau pe modelele terenului geoimagini sau baze de date) ntr-o anumit grup de date, dar sunt pe aproape ntr-un spaiu de similaritate al clasificrii. ntr-un context spaial cele de mai sus sunt importante, deoarece eterogenitatea intern a sistemului este mare.

Ridicarea gradului de incertitudine ar duce uneori la mrirea excesiv a bazelor de date, deci i a timpului i costurilor de culegere, validare i prelucrare, precum i la realizarea unor interfee utilizator complexe. Un sistem ideal ar trebui s se autocalibreze prin identificarea nivelurilor optime de incertitudine pentru orice aplicaie geografic. Simularea se poate baza ntotdeauna pe sisteme fuzzy.

Detectarea i modelarea relaiilor spaiale. Alt form a unei variabile de localizare (relativ) este vecintatea, care nu este dat explicit, ci trebuie determinat din datele de poziie i din datele tematice, pentru toate tipurile de obiecte punctuale, liniare i areale. Chiar relaiile topologice sunt relaii apaiale i ele pot s nu fie date de la nceput, ci determinate pe baza relaiilor de vecintate. Tipurile frecvente de relaii spaiale sunt analizate n acest capitol.

Problemele ce apar aici sunt doar metodologice. Anumite tipuri de relaii spaiale pot fi gsite prin metodele regresiei suprafeelor de tendin, n special la scar macrogeografic, pentru modelarea rspunsului spaial.

Modelarea prin regularizare. n fotogrammetria clasic i digital este cunoscut modelarea curbelor de nivel dup faza de restituie, soluie ce se aplic i n cartografie la generalizarea traseelor detaliilor liniare neregulate (curbe de nivel, linii de mal etc.) prin trecerea de la o scar mare la o scar mic. Situaia se ntlnete i n SIG. Utilizatorii vor obiecte areale sau relaii spaiale optime, complete ca nivel informaional, evaluabile

20

comercial, fr a fi n stare n mod necesar s defineasc dinainte ce caut. Ei tiu ce vor, dar nu tiu cum s caute ntr-o manier optim. i introduc toate datele disponibile, ateapt ca sistemul s fac restul de operaiuni. Pe lng datele iniiale, trebuie introduse i alte variabile geografice. n timp trebuie construit i o bibliotec de forme care trebuie actualizat permanent. ntotdeauna modelarea cu formele i variabilele existente este denumit modelare prin regularizare.

O variant a soluiei este aplicarea unui algoritm genetic AG pentru a crea o subbibliotec specific unui domeniu de utilizare, din biblioteca de forme cu caracter general, extrgndu-se i adaptndu-se anumite forme. Un alt aspect important este necesitatea feedback-ului. Aceast necesitate nu se bazeaz pe nelegerea procesului total, care ar fi prea dificil. Sistemele ideale simt mediul lor i rspund cererilor acestuia fr s explice sau s descrie cum o fac. Tehnologia exist, dar nu este folosit nc (Longley, 1995).

Adugarea de valori noilor atribute prin geoprocesare. Convenim ca prelucrarea datelor geografice s o denumim geoprocesare (Openshaw, 1989). Utilizarea final a analizei spaiale const n mbuntirea bazelor de date prin geoprocesare i adugarea de valori unor noi atribute, derivate din datele iniiale. Cel mai important caz este ca datele cartografice digitale s se obin de la organizaii specializate n realizarea hrilor topografice clasice i digitale, formnd straturile de baz, urmnd a se crea noi straturi n baza de date digitale, adugnd codurile potale, date ale recensmintelor, alte date precum distanele de la un detaliu pn la diferite detalii liniare sau areale ca de exemplu linii de rm, ruri, ci ferate, osele etc., folosina terenului, tipurile detaliate de pduri, localizarea n poligoane de interes, adugarea de toponime sau alte valori etc.

Detaliile (obiectele) digitale pot fi reclasificate dup alte principii i chiar structura bazei de date poate fi adaptat sau modificat n totalitate. Prin simulare pot fi calculate i adugate noi date de predicie, dup modele alese de utilizator.

Proceduri software utilizate n analiza geografic. Metodele de analiz geografic descrise msi sus sunt realizate cu proceduri ale pachetelor de programe SIG. Existena acestor proceduri determin funcionalitatea programelor utilizate n SIG i aceast funcionalitate este avut n vedere la procurarea unuia sau altuia dintre pachetele de programe. O procedur de analiz tiinific a funcionalitii este prezentat n acest capitol. Se fac referiri la problemele de implementare a procedurilor ce pot fi utilizate n analiza geografic, cu trimitere la unele pachete de programe cunoscute. n cele ce urmeaz vor fi descrise unele probleme ce apar n analiza geografic i procedurile ce le pot rezolva.

Dintre problemele rezolvate prin analiza geografic se amintesc problema unitii areale modificabile, problema limitelor, interpolarea spaial, eantionarea spaial, autocorelaia spaial etc.

n ultimele etape ale modelrii spaiale, n mod normal, analiza trebuie s concluzioneze dac trebuie s foloseasc date agregate sau seturi separate de date i dac se adopt o strategie de modelare simpl sau una complex. Cu ajutorul SIG, cu proceduri puternice de memorare i gestiune a datelor, de calcul i afiare, este posibil de a evalua mai corect care este strategia corespunztoare, prin compararea rezultatelor obinute cu diferite niveluri de agregare i complexitate. De exemplu, modelele de migraie a populaiei lucreaz frecvent cu date agregate i utilizeaz cteva scheme totale ntre arealele recenzate. Alte probleme de modelare folosesc seturi disparate de date, realiznd analiza din etape separate de prelucrare.

21

1.2.5.2 Pachete de programe utilizate n SIG

1.2.5.2.1 Modele de date n SIG

Este posibil s se clasifice pachetele de programe SIG n mai multe feluri (vezi 1.4.1). Una din clasificri are n vedere structurarea i modul de gestiune a datelor (Maguire et al, 1995). n esen, datele pot fi structurate i stocate n fiiere simple, sau n formatul propriu sistemelor de gestiune a bazelor de date. De aici rezult i diferenele n aplicarea algoritmilor de analiz geografic unei structuri complexe de date sau succesiv unor structuri mai simple. n proiectarea procesrii orientate pe fiier, toate datele sunt stocate n fiiere cu diferite organizri, aa cum permit limbajele de programare orientate pe lucrul cu fiiere. n timpul procesrii, fiierele de date sunt transformate cu funcii alese de utilizator i se creaz noi fiiere. Exist multe pachete de programe SIG simple, mici, centrate pe date raster i implementate pe PC, precum IDRISI, ERDAS i IMAGINE. Capabilitile de gestiune a datelor la aceste pachete este totui limitat. Utilizatorii unor asemenea pachete nu beneficiaz de avantajele SGBD, cu acces multiutilizator, independent fa de programele de aplicaii, securitatea datelor i validarea actualizrilor.

O proiectare alternativ folosete SGBD pentru capabiliti excelente de gestiune a datelor atribute. n asemenea sisteme hibride datele geometrice i topologice folosite pentru a descrie geografia sunt memorate n fiiere separate de date , pe cnd atributele asociate obiectelor spaiale geografice sunt stocate n baze de date i gestionate cu SGBD. O cerin cheie este ca SIG s-i pstreze integritatea referenial ntre datele spaiale (geometrice i topologice) i cele atributive. Datele spaiale (geometrice i topologice) sunt stocate n fiiere simple, separate, datorit limitelor SGBD n ceea ce privete stocarea datelor, timpul de acces i limbajele de interogare geografic. n prezent sunt preferate bazele de date relaionale i SGBD relaionale, n acest caz folosindu-se denumirea de SIG georelaional (Newell, 1993). Se ntrevede o trecere la bazele de date orientate pe obiecte. Soluia bazelor de date relaionale este acceptat i pentru c multe baze de date existente la organizaiile mari au aceast organizare, baze de date ce conin multe date specifice SIG, n special care aparin geografiei statistice. Exemple de pachete pentru sisteme hibride sunt ARC/INFO, MGE, Autodesk World, GENAMAP i Smalltalk.

Al treilea tip de proiect SIG este cel n care sunt agregate toate datele spaiale i atributive ntr-o singur baz de date. Primele dou exemple de asemenea pachete sunt SYSTEM9, bazat pe SGBD EMPRESS i GEOVISION, bazat pe SGBD Oracle.

Pachetul de programe IMAGINE al firmei ERDAS Inc. este un exemplu comun de pachet bazat pe procesarea fiierelor. Primul pachet denumit ERDAS, bazat pe date raster, a fost realizat n anul 1979. Pachetul IMAGINE lucreaz cu date raster i ntr-o mai mic msur cu date vectoriale i este centrat pe prelucrarea imaginilor. Este implementat pe staii grafice, cu sisteme de operare UNIX. Funcionalitatea de analiz spaial a pachetului poate fi mprit n urmtoarele grupe: interpretarea (clasificarea multivariat transformata Fourier rapid i clasificarea supervizat/nesupervizat; eantionarea imaginii; filtrarea de convoluie; analiza componentelor principale); redresarea; reprezentarea ntr-o anumit proiecie; modelarea spaial (peste 150 de operatori i funcii, precum operaiile aritmetice, booleene, condiionale, de distan, exponeniale, de combinare a culorilor, focale, globale, matriciale, relaionale, statistice, specifice suprafeelor 3D, trigonometrice etc.); analiza terenului (interpolarea suprafeelor 3D i a izoliniilor) etc. Modulul Model Maker este un editor grafic pentru crearea SIG i procesarea imaginilor folosind proceduri bazate pe obiecte pentru a plasa pictograme ce reprezint operaiuni de modelare pe o pagin goal. Odat create, modelele pot fi rulate cu datele pentru a crea noi fiiere de date i tabele statistice rezumative.

22

Ca i ARC/INFO, IMAGINE are un limbaj de macroprogramare pentru crearea de noi proceduri utilizator specifice rezolvrii unei anumite probleme.

Programele MGE (Modular GIS Environement mediu modular pentru SIG) constituie un ansamblu de proceduri integrate pentru crearea, gestiunea i utilizarea SIG. Sistemul lucreaz cu date vectoriale, raster i de tip gril. Este implementat pe staii grafice i pe servere, cu sistem de operare UNIX bazat pe RISC. Modulele sistemului permit culegerea, validarea i stocarea datelor topografice, fotogrammetrice, cartografice, de teledetecie, spaiale i atributive ntr-o baz de date relaionale, cu pstrarea i a relaiilor topologice. Sistemul conine i modulele Network Analyst, Grid Analyst, I/RAS, Imager i Terrain Modeller, specifice analizei spaiale. Network Analyst permite introducerea unor date specifice reelelor, precum opririle obligatorii, restricii de drum, costuri, factori temporari de drum ca volumul traficului sau gradul de poluare i conine proceduri de determinare a drumului minim etc. Grid Analyst permite determinarea suprapunerilor straturilor, analiza vecintii, zonarea arealelor, determinarea traseului optim, analiza statistic etc. Modulul Imager conine proceduri de prelucrare a imaginilor, clasificarea coninutului acestora i identificarea detaliilor. Modulul I/RAS realizeaz registraia imaginii, conversia raster vector prin digitizarea vectorial a imaginii afiat pe ecran, registraia datelor vectoriale i raster etc. Terrain Modeller genereaz modelul digital altimetric, reprezentat prin triunghiuri oarecare (TIN) sau printr-o gril regulat, determin pantele, curbele de nivel, talvegurile, cotele unor puncte, afiarea modelelor cu zone umbrite etc. Ieirile tuturor aceste module pot fi combinate cu ieirile cartografice ale modulului EPIMAP.

Autodesk World este primul sistem de programe pentru SIG al firmei Autodesk, fiind un sistem flexibil i deschis destinat accesului, integrrii i gestiunii datelor spaiale. Ruleaz pe procesoare 486DX sau Pentium, cu sisteme de operare Windows 95. 98,.. sau Windows NT. Pot fi accesate, editate, integrate i analizate datele vectoriale i raster (n formate specifice SIG i CAD) i datele atributive i multimedia. Permite automatizarea OLE i dezvoltarea de noi proceduri n Visual Basic. Folosete att fiiere n format propriu, DWG i Geobase, ct i fiiere n formatul MDB specific modulului Microsoft Acces. n cadrul analizei spaiale sunt combinate proceduri ca filtre grafice, filtre spaiale i SQL etc.

Tabelul 1.1 Cteva funcii de analiz ale lui ARC/INFOModulul FunciaCORE Statistici descriptiveCORE Manipularea datelorCORE Vizualizarea datelorCORE Clasificri (reprezentate prin cartograme)TIN Statistici descriptive i interpolareGRID 8 comenzi focaleGRID 12 comenzi zonaleGRID >20 de comenzi globaleGRID Comenzi de determinare a distanelorTIN Mai multe metode de interpolareGRID Regresie i corelaieGRID AutocorelaieGRID Modelare hidrologicGRID Interpolarea suprafeelorNETWORK Modelare de interaciune spaialNETWORK Drumul optimGRID Clasificarea multivariabilGRID Analiza formelorGRID Modelarea dispersionalNETWORK Modelarea de localizare/alocare 23

1.2.5.2.2 Integrarea SIG i a pachetelor (sistemelor) de programe de analiz spaial

Exist un interes considerabil n integrarea SIG cu alte pachete de programe specializate, pentru satisfacerea cerinelor unor aplicaii moderne. Acest fapt are drept cauz inexistena unor proceduri de analiz n programele SIG. Integrarea SIG cu alte pachete de programe se face n diferite moduri, fiecare mod avnd avantaje i dezavantaje n funcie de aplicaia de rezolvat.

Factorii principali care determin alegerea modului de integrare sunt: a) gradul de extensibilitate i deschiderea celor dou sisteme pentru intrarea/ieirea datelor; b) dac unul dintre cele dou sisteme este dominant; c) dac sistemul final trebuie s fie un sistem integrat, n caz contrar putndu-se adopta doar transferul datelor; d) modul de schimb al datelor ntre cele dou sisteme dinamic sau pe loturi (batch); e) gradul de efort i pregtirea integratorului de sisteme.

Exist mai multe moduri de interfaare a SIG i a pachetelor de programe de analiz spaial. Soluiile cunoscute sunt realizarea translatoarelor specifice de date, citirea i scrierea fiierelor ASCII, prin intermediul unei baze de date, prin transferul direct de date ntre aplicaii i prin programarea sistemic.

Folosirea translatoarelor specifice de date se bazeaz pe faptul c multe pachete de programe SIG sunt livrate cu asemenea translatoare ca standarde, de exemplu peste 30 pentru ARC/INFO i peste 20 pentru IMAGINE. Sistemul MGE (Intergraph) conine translatoarele MGT_US, care permit realizarea bazei de date SIG MGE, folosind ca date de intrare fiierelele de date geografice spaiale ETAK, TIGER, DIME i DLG, datele atributive ncrcndu-se ntr-o baz de date relaional Unele sunt bidimensionale i transform datele de poziie i unele atribute n format binar intern. Sistemul Autodesk World dispune de proceduri pentru translatarea n format propriu a datelor straturilor ARC/INFO, SHP ArcView, Atlas GIS, Microstation i MapInfo. Translatoarele exist i n pachetele de programe de analiz spaial, lucrnd n mod batch (pe loturi), cu aceleai formate de date. n pachetul de programe ARC/INFO exist de exemplu translatoare ce transform automat fiierele SOCET SET ASCII n straturi intermediare ARC/INFO F_CODE. Procesul este monitorizat de utilizator print-o fereastr, trebuind s se indice doar denumirea fiierului. Pe timpul conversiei i se solicit operatorului s precizeze proiecia cartografic. Este verificat i integritatea stratului rezultat, la sfrit creindu-se i un raport descriptiv. Cu alte proceduri se trece de la formatul intermediar la cel obinuit.

Citirea i scrierea fiierelor ASCII este folosit de toate pachetele de programe SIG. Pachetele ARC/INFO i IMAGINE conin macrolimbajele AML, respectiv EML, pentru dezvoltarea de noi proceduri care constituie interfaa ntre cele dou clase de programe programele SIG i programele de analiz geografic. Se transfer totui un volum mic de date.

Interfaa prin intermediul unei baze de date asigur legtura prin citirea din (i scrierea n) aceleai baze de date de ctre programele celor dou sisteme. Soluia este aplicabil doar programelor SIG de tip hibrid sau integrat. Pentru ARC/INFO pot fi folosite pentru integrare SGBD relaionale, precum Oracle, DB2, Ingres, Informix, Sybase .a. O asemenea legtur s-a realizat deja ntre ARC/INFO i pachetul de programe de prelucrare statistic, prin intermediul SGBD Oracle. Soluia de mai sus nu poate fi aplicat dect de

24

organizaiile mari. Exist legturi bidirecionale ntre sistemul Autodesc World i SGBD Oracle, Sybase, Microsoft SQL Server i orice SGBD bazat pe obiecte.

Transferul direct de date ntre aplicaii este ncurajat de unele faciliti ale sistemului de operare UNIX, respectiv UNIX pipe i RPC (Remote Procedure Call). Sunt transferate fiiere n ASCII sau n cteva alte formate (CGM, DXF, HPGL/HPGL-2, PIC, PostScript, WMF, BMP,GIF, JPEG, MAC, PCX, TGA, TIFF etc.). Prima soluie asigur transferul datelor ntre aplicaiile ce folosesc un singur procesor, iar cea de a doua ntre aplicaiile ce folosesc aplicaii diferite. Sistemul ARC/INFO conine procedura IAC (interapplication communication server server de comunicare ntre aplicaii). O soluie interesant este aceea a folosirii unei ferestre comune, n acest caz rezultnd un sistem integrat hibrid.

Programarea sistemic presupune folosirea bibliotecii de dezvoltare a programelor SIG sau a subprogramelor n cod obiect. Pachetele de programe SIG au fost scrise iniial n limbaje universale precum FORTRAN, C, 3GL, 4GL, Napier88 etc. Prin compilare au rezultat module obiect, memorate n biblioteci, care pot fi incluse n programe executabile, provenite din programe scrise n limbaje de dezvoltare compatibile COM, pe 32 de bii, ca Visual C++, Borland C++, Delphi etc., n etapa de editare a legturilor. O asemenea soluie a fost folosit la realizarea de ctre NIMA a sistemului digital de producie (capitolul al III-lea), unde ca sistem de programe SIG a fost folosit sistemul MGE al firmei Intergraph. Soluia poate fi folosit i pentru integrarea programelor SIG i a programelor de analiz geografic.

Au fost realizate multe ncercri de integrare a unor pachete de programe SIG cu unele pachete de prelucrare statistic. Rezultatul este constituit din sistemele integrate de programe SIGSAS (sisteme informaionale geografice sisteme de analiz spaial). Dintre pachetele de programe de analiz spaial avute n vedere la integrare se amintesc S-PLUS, SAS, GRIM, SAM, SAW etc.

Pentru integrarea sistemelor de programe S-PLUS i ArcView a fost realizat modulul S-PLUS Extension la Universitatea din Michigan, ca o interfa ntre cele dou sisteme, realiznd o conversie a datelor.

1.2.5.3 Concluzii

Mai sus s-a ncercat o trecere n revist a ctorva metode de analiz importante att pentru utilizatorii geografi, dar i de beneficiarii finali ai datelor geografice. Pot fi continuate descrierile i ale altor metode poteniale de analiz i chiar trebuie descoperite noi metode. De regul, noile metode de analiz nu sunt realizate de geografi, dar pot fi adoptate prin transfer tehnologic. Operaii precum clasificarea, interpolarea, determinarea drumului optim etc. trebuie analizate cu atenie i fundamentate tiinific n cadrul unui proiect de SIG. Cele de mai sus trebuie combinate cu operaiile de cartografiere computerizat, deoarece forma final uzual de prezentare a rezultatelor SIG este tot harta, spaioharta, fotoharta sau cartograma.

Din analiza funcionalitii programelor SIG rezult c n noile versiuni ale acestora sunt adugate permanent noi funcii de analiz spaial. Pachetele ce conin doar proceduri de gestiune, descriere i vizualizare a datelor sunt srace n proceduri complexe de analiz geografic. Este necesar gsirea unei metode riguroase de determinare a funcionalitii, ceea ce a ncercat i autorul (1.4.1).

1.2.6 Probleme noi n dezvoltarea SIGn ultimul deceniu a aprut o necesitate stringent de date spaiale (geografice).

Dezvoltarea SIG este cauzat mai ales de problemele de optimizare spaial. Pentru orice SIG se impuneau funcionalitatea i flexibilitatea, n vederea utilizrii datelor i informaiilor de

25

ct mai muli utilizatori. Au aprut i apar noi metode de analiz geografic asistat de calculator. Sistemele au devenit o resurs strategic ce poate avea impact chiar asupra organizaiilor sau zonelor nsei. Printre problemele noi aprute la realizarea SIG, importante sunt i locul de dispunere a infrastructurii sistemului, respectiv a componentelor sale principale, a serverelor, modul de achiziionare i de organizare a datelor i informaiilor, codificarea entitilor geografice cu ajutorul geografiei potale, analiza geografic performant etc. Dezvoltarea SIG dup 1990 s-a bazat pe trei elemente principale dezvoltarea tehnologiei, nevoile utilizatorilor i ideile creative de dezvoltare de noi instrumemte de analiz.

Factorii care au influenat dezvoltarea procedurilor i programelor SIG ce le nglobeaz sunt:

-preferina industriei de software pentru soluii de gestiune a bazelor de date relaionale i n ultimii trei ani i pe gestiunea bazelor de date bazate pe obiecte;

-extinderea SGBD relaionale i mai nou i a celor bazate pe obiecte, astfel nct s includ tipuri de date netradiionale (temporale, multimedia i spaiale);

-tehnologia care integreaz date spaiale (date CAD, date cartografice vectoriale, date raster, date imagine, date de tip gril etc.);

-dezvoltarea deosebit a reelelor locale, teritoriale i globale, a legturilor ntre reele, utilizarea bazelor de date distribuite etc.;

-realizarea prelucrrilor importante ale SIG fie pe servere de mare capacitate, fie pe staii grafice de nalt performan;

-popularitatea crescut a soluiilor bazate pe PC o dat cu creterea performanelor acestuia, staia grafic bazat pe PC fiind un nod al unei reele;

-popularitatea crescut a sistemelor de operare Microsoft i a mediului OLE 2 de dezvoltare software i a software-ului de prelucrare de tip client - server;

-prelucrarea optim de tip client - server i utilizarea cu predilecie a reelei Internet sau a altei reele de tip intranet;

-dezvoltarea cunotinelor despre SIG n era informaional, creterea complexitii, varietii i funciilor aplicaiilor SIG;

-creterea interesului dezvoltrilor de software de a include ieiri de hri n aplicaiile realizate.

La realizrile de software, de tehnologii i aplicaii SIG urmeaz a se aduga noi module. Un rol important n structurarea, organizarea i culegerea datelor tematice l au datele de poziie, tehnicile de poziionare, metodele de msurare n teren sau pe fotograme, hri i nregistrri digitale i metodele de msurare i de prelucrare a datelor de poziie. Multe colecii mari de date sunt livrabile la preuri rezonabile sau sunt puse la dispoziie pe reeaua Internet. O extindere deosebit o capt realizarea navigaiei n timp real sau cvasireal, folosind reele ce integreaz poziionarea pe glob i afiarea hrii zonei de teren n care se afl orice mobil de deplasare.

Ca atare, o atenie deosebit trebuie acordat:-utilizrii cu predilecie a reelelor de tip intranet i mai ales a reelei Internet;-cerinelor proiectelor i produselor finale;-sistemelor de coordonate i sistemelor de poziionare global;-utilizrii metodelor fotogrammetrice pentru asigurarea unui timp scurt i a unui

randament ridicat de culegere, validare i prelucrare a datelor;-tehnicilor de conversie a geoimaginilor analogice;-tehnicilor de asamblare a bazelor de date, avnd n vedere relaionarea n primul rnd a

datelor de poziie i apoi a datelor tematice etc;

26

-utilizarea bazelor de date distribuite i partajarea optim a prelucrrii de tip client - server;

-dezvoltrii tehnologiilor de poziionare global i a telenavigaiei;-diversificrii produselor finale ale SIG.

1.3 Structuri de date geografice

1.3.1 Modelarea geograficn reprezentarea n SIG a obiectelor i fenomenelor naturale, sociale, economice etc.,

se pot releva trei aspecte:poziie; coninut i structur. Obiectele i fenomenele geosferei sunt definite (referite) poziional ntr-un spaiu tridimensional S31 i n mai multe spaii relative care compun un spaiu n-dimensional Sn

S31S2S3.=Sn (1.1)

Totalitatea datelor care dau poziia i descrierea coninutului i structurii n spaiul Sn formeaz modelul digital (numeric) al acestui spaiu, care este un model conceptual. Pentru a exprima datele ntr-un limbaj neles de calculator, se accept i modelul logic ce se refer numai la structura datelor, respectiv i modelul fizic ce arat reprezentarea datelor n memoria calculatorului.

Dac se consider mulimea de elemente (obiecte sau fenomene) A= {a1, a2, a3,, an} i mulimea R= {rij|i=1,n;j=1,n} de dependene (relaii) ale elementelor aj de elementele aI, mulimea S={A,R} formeaz un sistem. Problema clasificrii elementelor i relaiilor aparine diverselor discipline i ramuri tiinifice, dar n primul rnd taxonomiei.

1.3.2 Modelul de sistem informaional geograficSistemul informaional geografic (SIG) poate fi privit ca un model al sistemului real

SG sau ca un purttor de informaie al acestuia, model artificial bazat pe o similitudine indirect ntre elementele geosferei SG i elementele SM ale SIG. Deci SIG face parte din clasa modelelor speciale, avnd caracter informaional i gnoseologic, procesul de reprezentare exprimndu-se formal ca o funcie F la momentul de timp t

SMt=F(SGt) (1.2)unde SMt este mulimea elementelor SIG, SGt este mulimea elementelor geosferei, la

momentul t, iar F este o relaie binar similar cu notaia funcional care implic o aplicaie. Dintre proprietile aplicaiei F se amintesc omomorfismul, reflexivitatea, tranzitivitatea, asimetria i antisimetria. Generalizarea datelor SIG se bazeaz pe omomorfism (reinerea doar a acelor elemente eseniale pentru modelarea cerut). Reprezentarea unui element al mulimii SGt presupune: (a) reprezentarea poziiei punctelor spaiului geosferei n spaiul SIG; (b) reprezentarea naturii i structurii elementelor punctuale, liniare, areale i volumetrice definite prin punctele reprezentate.

Modelul datelor SIG se bazeaz pe conceptul de model digital al terenului, format din totalitatea datelor (date de poziie coordonate, identificatori, valori ale atributelor, date referitoare la precizia determinrilor, datele tematice, totalitatea relaiilor dintre date, precum i totalitatea procedurilor de realizare, gestionare i utilizare a acestui model).

27

1.3.3 Date geograficeDatele geografice sunt de mai multe tipuri. Datele pot fi metrice (date geometrice de

poziie, date metrice derivate, date metrice corespunztoare spaiilor tematice etc.) sau semantice (coduri, identificatori, adrese de date etc).

Datele de poziie definesc, de regul, poziia unui punct n spaiul geografic natural, ntr-un sistem de referin adoptat. Poziia punctului poate fi definit ca: P(B,L,H) sau P(,,H), unde B i L, respectiv i reprezint latitudinea i longitudinea n sistemul de referin acceptat, respectiv, cu elipsoidul de parametri metrici, fizici i de orientare alei, iar H este cota sau altitudinea fa de suprafaa geoidului (o variant este i cu indicarea nlimii referite la suprafaa elipsoidului); P(,,H), unde i sunt latitudinea i longitudinea pe sfer; P(X,Y,H), unde X i Y sunt coordonatele pe o suprafa, de exemplu un plan. ntre mrimile de mai sus exist relaii funcionale care nu se trateaz aici (Munteanu, 1977).

Datele tematice se refer, de regul, la celelalte n-3 dimensiuni ale spaiului Sn i sunt referite ntotdeauna la datele de poziie. Uneori i cota poate fi considerat o dat tematic. De asemenea, se poate considera de baz i spaiul tetradimensional (S4), adugnd timpul la cele trei dimensiuni liniare. Date tematice sunt considerate i valorile reflectanei spectrale, densitii optice etc. fiecare dat n parte poate fi considerat separat n funcie de primele dou date poziionale X i Y.

De exemplu, pentru subsistemul ecologic urban, datele tematice sunt cele din schema de mai jos.

Cele de mai sus constituie doar un exemplu i n cazuri concrete, datele sunt dezvoltate n mod corespunztor.

Relaiile dintre elemente sau dintre date se exprim tot prin date numerice (Niu, C., 1992). Relaiile dintre elementele geosferei sunt naturale, economice, sociale etc. Dup numrul elementelor participante relaiile pot fi binare, unul la mai muli, mai muli la unul i mai muli la mai muli. Sunt i relaii de baz, implicite, geometrice, topologice, ierarhice etc.

Datele geografice referitoare la un teritoriu dat sunt n volum foarte mare i accesul la o dat singular sau la un grup de date pune probleme deosebite de organizare. Datele geografice nu reprezint conglomerate amorfe de valori numerice sau nenumerice De aici rezult necesitatea adoptrii diferitelor structuri de date.

Fig. 1.2 Date tematice pentru aprecierea subsistemului ecologic urban

28

1.3.4 Tipuri de dateCea de a treia dimensiune se poate referi la un punct definit pe suprafaa de referin

sau la o zon de form regulat sau neregulat a acestei suprafee.

Datele vectoriale presupun exprimarea obiectelor punctuale, liniare i de volum prin coordonate (Xi,Yi), i=1,n, cu n=1 n cazul obiectelor punctuale, n2 n cazul obiectelor liniare, n3 n cazul obiectelor areale (n cazul cnd n=3 punctele s nu fie colineare), n4 n cazul celor de volum, dar n acest caz limitele sunt arii ce trebuie altfel definite etc. Referiri concrete la acest tip de date se gsesc n literatura de specialitate (McGuire et al, 1990; Niu, C., 1992; Niu, C., Niu, C.D. 1995).

Datele teserale consider ca element areal placa ce acoper o suprafa dat (n particular pixelul), de forme i dimensiuni distincte. n spaiul bidimensional al suprafeei de referin, din motive de simplificare a calculelor, dimensiunile pixelului sunt egale cu unitatea de suprafa. O structur teseral neregulat este artat n fig. 1.4.

La mprirea n figuri regulate, spaiul 2D se mparte izoedric, astfel ca fiecare celul (plac, pixel) s poat fi suprapus peste o celul adiacent. Exist 81 de moduri de mprire izoedric a unei suprafee 2D (de exemplu un plan, deoarece orice suprafa 2D poate fi reprezentat ntr-un plan), dintre care 11 sunt cele mai semnificative. Se analizeaz cazul cel mai general, nu doar cel particular cnd pixelul are formele de dreptunghi sau ptrat. Cu convenia scrierii [mknl], unde m i n reprezint numrul de laturi ale celulei (plcii), iar k,l reprezint numrul de figuri elementare de descompunere a geoimaginii, de exemplu, structura de hexagoane se scrie [36] i semnific 6 triunghiuri, iar structura de dreptunghi se scrie [44] i semnific mprirea n 4 dreptunghiuri. Accesul uor la molecula structurii i la grupul de molecule se face prin codificarea numeric a (poziiei) moleculelor (pixelilor) sau grupurilor contigui ale acestora. Accesul se poate face printr-o adresare ierarhic. Exist mai multe ierarhii izoedrice folosite pentru generarea unei varieti de sisteme de adresare pentru mprirea planului. Fiecare pixel are o adres a, care poate fi o secven de cifre akak-1ak-2 a2a1, unde ai poate lua valorile 0,1,..,n-1. Pentru fiecare k=0, 1, 2, 3,, exist o funcie adres de nivel k, de la celulele (moleculele) k(T) la (0, 1, 2, .. , n-1), deci ak(t) este imaginea lui k a moleculelor de nivel k, (dar) creia i aparine t. Cele de mai sus constituie doar un exemplu i n cazuri concrete tratrile pot diferi. Mai precis, dac tk este funcia (operaia) de la t la k(t), care reprezint (cartografiaz) fiecare pixel ce l conine, atunci

ak=k (1.3)

Fig. 1.3 Principiul datelor vectoriale i raster (dup ESRI)

29

Funciile adres de nivel k pot fi referite (relatate) una la cealalt prin operaiunile de co