sisteme informatice geografice - libris.ro...sisteme informatice geografice volumul i structuri de...
TRANSCRIPT
raRomaniei
Ercp Imbroane. - Clui-
[\I 97&973-595-417-8
G Ez'eFyate. Reprodu-rifoace, ifui acotdulthgii-
ALEXANDRU MIRCEA IMBROANE
SISTEME INFORMATICE GEOGRAFICE
VOLUMUL I
STRUCTURI DE DATE
Pnpse UNrvsnsrTARA CruJeeNA
2012
urii in englezl este cu sigu-
mesc pe aceastd cale sfuden-lerbel Ioana, Iacob Ciprian qi
,ceput si realizat coperta. DeProf. dr. Mihai Bdrbos qi Dr.h. Ing.Lucian Zavate pentru
GIS. Aici voi trata generarea
ctoriale Ei raster. Procesul de
: aplicalii. Nu voi neglija nicinult mai sensibild la softurile
:xandru Mircea IMBROANE
Tabla de materii
Capitolul l. Introducere....................
1. Definilii.... ............. .,..... ...............31
2. Domeniile de aplicabilitate ale GIS.............. ......................... 33
3. GIS -un domeniu interdisciplinar.................. .......................34
Bibliografie. ................ 35
Capitolul2. De la realitate la harta digitali ..........................37
I . De la realitate la harla tradilionald ..
2. Cdt de mult ne informeaz[ o hartd tradifionald? ....................37
3. De la harta tradilionald la stratul tematic................... ............ 38
4. Grade de abstractizare................... ....................39
5.Ceinseamnboprelucrarepehar1d?.....'....'....'..'
6. Sisteme de reprezentare ale hdrlilor si ale straturilor tematice ...................416.1. Sistemul de reprezentare vectorial ........... 4I6.2. Sistemul de reprezentare raster ................426.3.Compara!ieintresistemuldereprezentarevectorialqicelraster6.4. Reprezenatrea suprafetelor prin TIN.............. ............... 45
Bibliografie. ................. 46
Capitolul 3. Structuri de date spa{iale vectoriale.... ......,...,...47
1. Modele de date......... ....................47
2. Reprezentarea intemd a shaturilor vectoriale ........................482.1. Reprezentarea stratului punct............ .......482.2.Pieprezerrtarea stratului 1inie.............. .......492.3. Reprezentarea stratului poligon......... ....... 50
3.Legdtura cu atoibutele. Generarea tabelului de atribut. .......... 5l
4. Modelul spaghetti. ....................... 53
5. Sensul de digitizare. No{iunile de NOD gi ARC......... ...........54
6. Conexiune qi vecindtate ............... 55
7. Modele topologice ....................... 58
7.1. Noliuni de teoria grafurilor ...................... 58
7.2. Modelul topologic de re!ea........ ............... 60
7.3. Model topologic de suprafali. ......"...........62
11
31
8. Adnota_tii.. ...............63
9. Introducerea datelor vectoriale .........................649.1. Procesul de digitizare. .........649.2.Digrtizarea cu digiti2oru1.................... ...... OS9.3. Vectorizare ecran ................ 669.4. Regimuri de digitizare ..................... .........6g9.5. Date preluate de receptoare GPS qi stajii totale... .......... 69
10. Import ...................6910.1. Import din alte softuri GIS .............. .......6910.2. Import din softuri CAD............ .............. 69
I l. Optimizarea stocdrii datelor vectoriale. Compresia datelor.......... ............ 70
12. Tabele de atribut..... ...................7212.1. Tipuri de akibute.... ...........7312.2. Ct'mpttri pentru afibute .........................7412.3. Relatii intre atoibute ........... j5
13. Aganizarea datelor geografice.... ...................77
Bibliogarfie. ................7g
Capitolul 4. Structuri de date spafiale raster.......... .............. gl
1. lnlelegerea structurilor de date raster............ ......................... gl
2. Reprezentarea intemd a unui raster. .................. g2
3. Valori pentru celule........... .......... g33.1. Valori intregi pentru celule........... ........... g3
3.2. Tabelul de atribut asociat......... ................ g4
3 .3. Valori reale penku celule ........... .............. 85
4. Rezolulia urui raster.......... .......... g5
5. Rasterele privite ca date tematice ..................... g65.1. Date spafiale discrete ..........9jS.Z.DaIe spa,tiale continue ......... g7
6. Tipuri de date raster............ .........97
7. Forme de date raster............ ......... g77.I. H[rti scanate......... .................;.................. gg1.2.Imagin satelitare...... ........... gg7.3. Organaarea imaginilor satelitare pe benzi spectrale....... ................... gg7.4.Imagniaeriene......... ........... g97 .5. Date convertite din alte surse ............ ....... 90
8. Afi;area rasterelor...... .................. 938. 1. Afiqarea rasterelor monobandd.. ............... 938.2. Afiqarea rasterelor multibandd. ................ 93
t2
94
63
64
. 101
4. Elipsoidul .............. 1024.1. Cracteristicile generale ale elipsoidului................ ...... 1034.2. Generarea elipsoizilor ....... 1044.3. Coordonate geografice pe elipsoid (geodezice) .......... 1054.4. Sistemul de referinld carlezian geocentric.... ............... 106
5. Sisteme de referinl[ qi cadre de referin
4.3. Indicatoarea Tissot...... ...... 132
5. Alegerea sistemului de proiec{ie.. .....'.--.----....- 134
6. Schimbarea proiecfiei. Transformdri de coordonate. .................. .........'.... 134
7. Proieclia Mercator ..............,...... ..................... 135
8. Proiec{ia Gauss-Kruger................... .'.............' 136
9. Proieclia UTM............ ..................... ....'.......... 139
10. Proieclia stereograficb pentru Romdnia...... ......"...'.'.'....... 141
10.1. Proiec{ia Stereo33 .-.........141
10.2. Proieclia Stereo70 ........... 142
10.3 Proiecjia dublu-stereograf,rcd............. ....143
11. Parametri de proieclie qi datum-ul orizonta1.....' ----.-.--.......144
1 1 .1. Parametri de proieclie ...'. 144
11.2. Hd(i in proieclie ;i datum-ul orizontal .........".....'."' 145
11.3.Proiecliadublu-stereograficdimplentatdinATcGIS .-------.-.-...'...".145
Bibliografie. """"""" 146
Capitolul 7.Loctltzarea spa{iali. Georeferen{iere.......'.-.... """"""""""1471. Localizareaspalial[ """""""""'1472. Georeferen$erea.............. """"" 148
2.1. Transiormarea afinl..... ""'1492.2. Transformdri polinomiale de grad superior........ """"' 152
2.3. Altefiansformdri posibile care pot fi incorporate in softuri GIS ...............".......... 153
3. Reshucturarea rasterelor.............'..... """"""" 154
4. Rectificarea rasterului... """"""' 155
5. Georeferenlierea in diferite softuri. ExportAmpoft'.'............... """"""""' 155
6. Georeferen{ierea unei imagini satelitare (multibandd) """"' 156
7. Schimbarea sistemului de proieclie a unui raster. """""""" 156
Bibliografie. """"""" 156
Capitotul8. Modelul de date obiect.......-.. """'157
l. Neajnnsul prelucrdrii datelor cu limbaje procedurale. """"' 157
2.Paradigmaprogramdrii orientate obiect........... """""""""" 158
3. Caracteristicile esenfiale ale obiectelor """""' 160
4. Metode qi mesaje ........"."""""" 160
5. Abstractizarea, ftrcapsularea qi ascunderea informaliilor ""' 161
6. Interfata...
7. Clase de obiecte.... .."""""""""' 162
l4
132
134
134
135
8. Subclase, superclase Ei moEtenirea
9. Polimorfismul .................
10. Tipuri abstracte de date.........
11. Modelarea datelor geografice prin obiecte..
12. Rela{ii
1 3. Domenii ale atributelor. ..................
14. Reguli topologice....
15. Cod intem vs. obiect...........
16. Editarea obiectelor.....
t63
163
r64
168
169
169
.. 136
.. 139
t64
165
166
t66
16',7
t4lt4t142143
144r4414s145
146
fnri cls152153
t54
r55
155
156
156
1s6
147
t47
148149
157
157
158
160
160
161
18. Tipuri de date geografice qi funcliile asociate acestora
19. Modelarea datelor geografice in practicb.... ....................... 170
Bibliografie. ..............170
Capitolul 9. Organizarea datelor in fiqiere ;i baze de date ..................... 171
1. Structuri de date......... ...'......'.'.'.171
2. Figiere de date......... ..'................ I732.I. Organizarea logicd a fiqierelor. ...'.'........ 173
2.2. Organizarea indexului. .'.... 175
2.3. Organizueafizicd a fiqierelor. ..-.-....'.'.'.1762.4. Neajunsul structurilor bazatepe fiqiere...... ...'............' 176
3.Baze de date."....... ......................177
4. Sisteme de Gestiune ale Bazelor de Date (SGBD) ......'.'.....1794.1. Principalele func{ii ale SGBD.... ...'.'.....' 180
4.2.Tiptxi de SGBD. Scurt istoric. .....'......... 180
5. Modele de organizare gi strucurare ale bazelor de date ....... 181
5.1. Modelul ierarhic (sau artrorescen0............... '.............. 181
5.2. Modelul reticular (in re{ea) .................... 183
5.3. Mcdelul rela!ional..... ..."... 184
6.Baze de date relafionale extinse......... .'..'.....'.. 188
6.1 Modelul entitate - rela!ie........ '...'......'..... 188
6.2. Modelul entitate - relalie extins (EER) ...................'..'. 189
1.Baze de date orientate spre obiecte.. .......'.'..... 190
8. Baze de date relalionale qi orientate spre obiecte ................ 191
8.1. Stocarea datelor in tabele ....................... 192
8.2. tndexarea spa!ia1d...... ........ 193
9.Baze de date deductive .............. 195r62
162
l5
10. Baze de date Obiect-Deductive............. ........\gjI l. SGBD distribuite .....................197
12. SGBD paralele........
13.Baze de date geografice (BDG).........
Bibliografie.
Capitolul 10. Modele de date geografice ESRI bazate pe fi;iere ............203
1. Scurtd prezenlarc a softwilor ESRI ............ ....203
2. Model de date CAD............ .......204
3. Formatul DXF............. ...............206
4. Shapefile. ..............206
5. Modelul de date coverage...... ....209
6. Noua orientare: baza de date geograficd................. ............. 210
7. Structuri raster ........... ................211
8. TIN .......................211
9. Alte structuri ESRI :.......... .........2129.1. Etichete qi adnota,tii... ........2I29.2. Stabilirea scdrii de referinJi ...................2129.3. Crearea de adnotSri ...........2129.4. Tabele... ........212
10. Prezentarea produsului ATcGIS ....................21310.1. Componentele ArcGIS.................. .......213I0.2. ATcGIS Desk1op....... .......2t410.3. Extensii AToGIS ..............21510.4. Server GIS.............. .........21610.5. Developer GIS.......... .......21610.6. Mobile cIS............... .......217
Bibliografie. ..............217
Capitolul ll.Btze de date geografice. Modelul Geodatabase .................219
l. Introducere......"............ ..............21g
2. Caracteristicile generale ale GDB.......
3. Entititi grafice in modele de date orientate obiect........... ....2204. Tipuri de geodatabase................. ....................222
4.1. Personal cDB (P-GDB)...... ........ . . ......2224.2.File cDB (F-GDB)........ .......... .............2224.3. ATcSDE GD8............ ........223
5. Tipuri de date stocate in geodatabase ................. .................223
199
199
200
l6
............. 199
$rere ................................. 203
...206
...211
...212
...2t2
...2r2212
..212
213213
197
197
199
200
203
204
206
209
2t0
211
;8l
6. Reprezentarea entitdlilor grafice prin vectori.. .....................2256.1. Referinla spaliald. Stocarea datelor in GDB ...............22j6.2.Precizia in cadrul GDB ............ ..............22g6.3. Avantajele stocdrii in numere intregi .....232
7. Indexul (indicele) spalial 232
8. Domenii ale atribute1or................... ................2338.1. Subtipri.................... ........2348.2. Reguli de validare ale atoibutelor ................................ j:...... .............2348.3. Reguli in caz de unire sau de implrfire (diviziune)... .......................235
9. Relatii si clase de rela!ii....... ......2369.1. Ce este o clas[ de relalii? .......................2369.2. Anatomia unei relalii. .......-2369.3. Relatii simple qi relajii compozite.... ......2389.4. Atribute ale claselor de relafii ................ 23g9.5. Reguli privind relaliile ......239
10. Etichete si adnot6ri 240
l l.Tabele in GDB........ ..................24011.1. Tipuri de tabele ...............24011.2. CAmpuri in cadrul geodatabase ............240
12. Toplogia in GDB .....................24112.1. De ce folosim topologia? .....................24172.2. Crearcatopologiei.... .......24212.3. Cum sunt conshuite qi validate topologiile? .............24312.4. Cluster tolerance qi ranks .....................243I2.5. Z cluster tolerance...... .....24512.6. Definirea regulilor topologice in GD8........ ..............24512.7 . Erori qi excepJii ...............24612.8. Gestiunea topologiei :.................... ........246
13. Relele geometrice ....................24j13.1. Stucturauneire{e1e.... ......24713.2. Reguli de conectivitate................ .........24913.3. Fluxul pe re!ea........ .........25013.4. Noliuni specifice .............25013.5. Aplicatii practice..... ........250
14. Reprezentarea suprafelelor cu TIN. Terrain dataset ..........251
15. Structuri de date raster in cadrul GDB 25215.1. Personal GDB.15.2. File GDB. 25515.3. ATcSDE GDB 255
16. Regdsirea adreselor cu locatori.... .................256
..2t4
..215
..2t6..................... 216
...217
se-..................................... 219
...2t9
...220
...222
211
219
254
222222223
223
1',7 .
t7
ANEXA I Nofiuni de topologie ........................339
ANEXA II Misurarea distan{elor pe Pimint... ..................343
ANEXA III Transformiri de datum.......... .....349
ANEXA fV Clasificarea proiectiilor cartografice................... .................3S3
ANEXA V Sisteme de coordonate;i transformiri de coordonate...............................357
ANEXA VI Sisteme de ecuatii liniare supradimensionate........ .............. 367
ANEXA VII No{iuni de statistici ....................371
SUMMARY. Geographical Information Systems. Volume I.......................................3g1
20
Capitolul2De la realitate la harta digitati
1. De la realitate la harta tradifionali
Harta este o reprezentare ideald in forml simplificatd, abstractd qi conven{ional[ a gnui teri-toriu, care serveste la obfinerea directd a unor informalii, sau care poate fi supusd unor pre-lucrdri in vederea oblinerii de informalii care nu se pot extrage in mod direct. Este abstractlpentru cd folosim puncte, linii sau ateale, ca"re sunt simbolizate intr-o manier[ conven{iona-l[. Pentru a deosebi unele elemente faJS de altele (de exemplu un rdu de un drum) foiosimsemne convenlionale. Informa{ia care se obline din vizualizareaunei h[r!i este directd (adi-cd se identificd ce este la o anumitd locatie) sau indirecti dac6, acea hartd este supusd uneiprelucrdri (vezi mai jos). Niciodatd o hartd nu va infilisa toate detaliile de pe teren. Gradulde detaliu depinde de scara si scopul pentru care s-a realizatharta. De aceea spunem cb estesimplificati.
Dacd suprafa{a pdmdntului o considerdm realitatea, atunci o hart[ este o abstractizare aacestei realit5li, aga cum am amintit mai sus. Astfel, cdnd realizdm o hartd spunem cd amtrecut la primul nivel de abstractizare. Vom vedea mai tdrziu c6t de important este sd in!e-legem gradele de abstractizare ale structurilor de date geografice. Acest lucru este decisiv inrrtllizarca softurilor GIS p6nd la un nivel cdt de cdt rezonabil.
in prima sa formd, harta se realizeazd,in urma unor misuritori pe teren sau din imagini(aeriene sau satelitare) prin procedee fotogrametrice, sau prn digitizare direct[ pe imagini.Dacd am avea o imagine asupra unui teritoriu, perceplia noastr[ asupra teritoriului este dife-rttd; apar anumite detalii, dar nu avem nici o informalie alfanumericd (ce reprezint[ gnanumit obiect). De exemplu, pe o imagine urband nu vom gdsi niciodatd denumirea uneistrdzi. Ne-ar trebui o altd stouctur5 (liniara) care sd ne dea informatia respectivd.
Har{ile tradilionale sunt imprimate pe suport de hirtie. in consecintS, caracteristicileprincipale (scara, proiecfia) nu pot fi schimbate. Acest lucru are un ma.re neajuns dupd cumvom vedea mai departe. Existd nenumdrate tipuri de hdrli, de la cele topografice (scara1:100.00, pdn[ la l:5000), hir{i turistice, ha4i de soluri, hbrli geologice etc. Dar mai existdgi planuri topografice la scSri mari (1 :2000 pdnd la 1:500) care sunt exclusiv bazate pe md-surdtori in teren. in sistem tradilional n r
"*ist6 nici un sistem de combinare a ha4ilor la
diferite scdri. Prin combinare inlelegem aici, suprapunerea unei hdrli detaliate (scard mare)peste una mai pu{in detaliatd (scar5 mici).
2. Cat de mult ne informenzd. ohartil tradi{ionali?
Aqa cum am amintit, o harl[ poate fi consideratd o structurd de date din care se pot extrageanumite informalii. Cu c6t oblinem mai multe informatii dintr-o hartd cu at6t aceasta estemai utild. Dacd privim o harte oarecare vom deosebi doud tipuri de informalie: una graficderprimat[ in puncte, linii qi areale simbolizate prin semne convenlionale gi una alfanumeri-cd (denumiri, numere) pe care de acum le vom numi date atribut. Ca sX ne l5murim cat deimportante sunt cele doud tipuri de date, sd ne imagindm cum ar ardla o reprezentare in carelipseqte informalia alfanumericd. Cum ar ardta o hartb in care avem pozilionate localitd{ile
31
38 Alexandru M. Imbroane
qi nu avem denumirea acestora? Cum ar ardta releaua hidrograficd fdri sI cunoaqtem denu-mirea rdului? Din cele de mai sus putem si concluziondm cd cele doub structuri trebuie sd
meargd impreunS, una f5rd alta ar avea ca rezullal o hartd atdt de sdrac[ incdt ar fi neutiliza-bil5.
Sd presupunem cd avem o hart[ administrativd cu limitele de jude! qi de comund pluslocalitSlile (localizate punctiform). in mod obiqnuit pe o astfel de hart[ apar doar denumiri-le localitdlilor qi a comunelor. Dacd acestea ar conline, alituri de denumire qi populalia to-talf,, evident vom avea niqte informalii suplimentare destul de precise.
S[ presupunem acum cd, din anuarul statistic exilagem populafia implicatd in indushie,agriculturl qi servicii, pe care o vom scrie la fiecare pozitje a localitdlii. Este clar cd vomavea o hartd care va produce mult mai mult6 informalie. Dar care este prelul pl[tit penkuatdta informalie? Ca sd nu mai vorbim de timpul necesar sd scriem gi sd verificim aceste
numere pe hart[. Cel care o va interpreta va fi in situalia de a nu mai putea citi harta. Dac[printr-un anumit procedeu am putea elimina unele numere qi apoi sd le adlugim la nevoie,atunci aceastehafidva fi extrem de utill GIS poate s[ facd acest lucru.
Exemplele pot continua Ei in alte structuri de date. La o relea hidrograficd putem avea:
denumire r6u, lungime, debit mediu, debit pe sector. La o relea de drumuri putem avea:
tipul drumului (european, judefean, local, forestier, potec6), tipul de pavaj (asfalt, pietruit),calitatea (bun, riu), anul ultimei repara,tii.
Deci la o hartd digitald intr-un format GIS vom avea o structurd spaliald (skatul tematic)gi o structurd atribut (ce reprezintd entitllile grafice din structura spaliald). Prima este undesen, iar atributul este un tabel care se atageazd acelui desen. Cu alte cuvinte o hartl nu
este doar un simplu desen ci o combina{ie dintre acel desen qi o tabelS de atribut. Vom spu-
ne c5 avem doud structuri legate: o structurl spafialS (care reprezintii pozitionarea in spaliu)
Ei o structurd atribut (date alfanumerice ataqate). Spa{ial inseamnd pozilionare, in raport cu
un sistem de coordonate (unde este) iar atribut inseamnd ce reprezinti acea pozilionare (ce
este). Putem spune cd impreund formeazd o structurd geografici care merg intotdeauna irn-preund in prelucrlri. Acum poate este mai ugor sd ne imaginim de ce un soft de grafic5 sau
CAD, nu este deloc potrivit pentru o structurd geograficd.
in cartografia tradi,tionall se foloseqte cuvAntul adnotalie pentru informalia alfanumeri-
c5. Pe parcursul acestei cdrli vom vedea care este legdtura dintre acestea qi atribut, adicd
cum se genereazd adnotaliile din atribute. Chiar dacd ideea inventlrii atributelor a pomit de
la adnotafii, ele au un rol diferit. Noliunea de adnota-tie se pdstreazd in GIS, av6nd aceeaqi
interpretare, dar se stocheazl in fiqiere diferite qi are proprietlli diferite.Concluzie: harta (geografic) : spafial + atribut
3. De la harta tradifionali la stratul tematic
Pentru a inlelege mai bine modul de inregistrare a h5rlilor intr-un GIS, sd ne imagindm ur-mltorul proces. Considerdm c[ avem la dispozilie o hartd topograficd standard, intr-un sis-
tem de proieclie dat qi la o scari dat[. Lubm o foaie de calc qi redesenlm curbele de nivel.Pe o altl foaie de calc vom copia rdurile. Vom face acela;i lucru pentru drumuri, cdi ferate,
vegetalie qi aqezdri. Astfel obfinem $ase foi de calc fiecare conlin6nd un strat tematic: topo-grafia, hidrografia, releaua rutierd, re{eaua de cdi ferate, vegetalia ;i agezdrile. Acestea levom numi har,ti tematice sau straturi tematice.
Dac[ suprapunem dou5 din aceste straturi (si zicem curbe de nivel qi rAurile) vom ob,ti-
ne o hartd noud, doar cu aceste elemente. Dac[ mai suprapunem qi localitSfile vom obline o
altdhartd, cu cele trei elemente. in felul acesta putem si facem combina{ii de doud sau mai
-{lexandru M. lmbroane
:;:'rca tbra sd cunoastem denu-! cr'le doua structuri trebuie sd
: J.3 saraca incAt ar h neutiliza-
:l; ie iudet si de comund plus:l le hand apar doar denumiri-:r j; denumire si populalia to-:::'e;is:.,:'::-aiia impiicati in industrie,: .i'.-alitatii. Este clar c[ vom
- ;;-re este preful pldtit penkui l::::r-l si sd verificdm aceste::,'-: nai putea citi harta. Dacb. .:.:': s6 le adaugd.m la nevoie,;ii: l'-rcm.::::: nldrooraficd putem avea:::::a ,le drumuri putem avea:::::. le paraj (asfalt, pietruit),
--; :-::i spatiald (stratul tematic):;:':r spatiald). Prima este un€: r:u alte cuvinte o hartd nu, ,:, -.bela de atribut. Vom spu-:::z:ita pozitionarea in spaliu):::ra pozitionare, in raport cu:::::zinti acea pozitionare (ce
:;i ,-are merg intotdeauna im-i- ie ce un soft de graficd sau
: :€:.ru infonnalia alfanumeri-j::lre acestea ;i atribut, adicl
--'. eliarii atributelor a pomit de
-:-iaza in GIS. avdnd aceeasi
": iri-erite.
::-un GIS. sd ne irnagindm ur-pr]grat'ici standard, intr-un sis-.r redesenim curbele de nivel.i;rri pentru drumuri, cdi ferate,rrtinand un strat tematic: topo-3:eratia si asezdrile. Acestea le
e de nir-el si rdurile) vom obli-:em si localitdlile vom obline o:r. combinatii de doud sau mai
Sisteme Informatice Geografice - Volumul I
multe straturi, dupl dorin!6. Dacd le suprapunem pe toate trebuie sd oblinem exact harta de
la care am plecat.Sd presupunem cd avem o hartd geologicd a aceluiaqi areal, la aceeaqi scard gi proieclie.
Copiem pe o altd foaie de calc aceste structuri, obtindnd un strat tematic pe care il vomnumi geologie. Dintr-o altd sursb procurdm o hartd cu limitele administrative. Copiem pe
altd foaie de calc limitele administrative. In mod asem5nbtor vom proceda dacd ob{inem o
hartd a solurilor. Am mai oblinut inci trei straturi avdnd un total de noud. Aceste noud stra-turi tematice le putem suprapune in orice combinalie obflnand tot felul de hdr{i noi, care inrnod tradilional (pe suport de h6rtie) s-ar putea sd nu existe (cum e cazul h5r{iior geologicesau pedologice). Procedeul poate continua pentru orice fel de h54i de interes cum ar fi: zo-ne inundabile,bazin:.e hidrografice, alunecdri de teren, etc.
Dacd ne imagindm cd toate aceste straturi sunt stocate undeva pe discul unui calculatorqi putem face combinalii, dupd propria dorin
40 Alexandru M. Imbroane
5. Ce inseamni o prelucrare pe harti ?
Dac[ pAn[ acum am vdzut cum ar trebui sd fie organizate hdrlile pe disc pentru a oblinedirect informalii de la acestea, sd trecem la pasul urm[tor qi anume la prelucrarea pe trar;i.Cuvdntul prelucriri este rareori folosit de geografi. Deoarece acest gen de acliune ieprezin-ti partea principald a GIS, il vom folosi foarte des. Termenul sinonim este procesareu 14" taprocessing). in anumite softwi GIS procesarea hdrlilor este inlocuitd cu denumirea de ana-lizd. Noi vom evita acest cuvdnt deoarece in literatura informaticd rom6neasca are o altdconotatie. a$a cum vom vedea.
In linii mari prelucrarea hd4ilor ?nseamnd aplicarea unor operalii pe acestea, compatibi-le cu structurile spaf;ale pe care se fac. Operaliile sunt materializati prin comenzi care seregdsesc fie in butoane, fie in meniuri. La nivel fizic aceste comenzi sunt programe.
Si ne imagindm c[ avem o hartd administrativi (la nivel de jude!) gi dorim sd oblinem oaltd hart[ care prin culori sau haquri sd infrliqeze structura populaliei. Nu ne intereseazlexact, ci doar pe niqte domenii, cu alte cuvinte dorim o harti clasificatd dupd popula{ie.Dac[ acest lucru l-am face normal am avea nevoie de o harti pe hArtie in care s[ avem doarcontururile judelelor qi de anuarul statistic unde se gbsesc datele numerice privitoare la po-pulalie. Vom hotdri c6te clase dorim, domeniul lor qi apoi facem o analizi a fiecdrui jude!de care clasd aparline. Vom colora harta cu culorile pe care le-am stabilit. Ceea ce ur
-4""ise numeste o prelucrare pe harti. Desigur este o prelucrare simpli.
Dacd pe un calculator am avea stocat stratul tematic privitor la limitele de jude! impreu-n[ cu tabele de atribut aferente conlindnd popula,tia, atunci cu un program specific putem sifacem acest lucru automat. Dacd acest program l-am incorpora in GIS am avea o comandicare sd realizeze acest lucru. Cdnd facem o clasificare in GIS ac,tionAnd comanda, suntempuqi inf-un dialog de genul urmdtor: care este stratul tematic de clasificat, num5rul de cla-se, metoda de clasificare, cAmpul dupd care se face acea clasificare (in cazul noshu popula-!ie) ce culori,&a;uri dorim sd folosim etc. Acest gen de prelucrare se face de reguld in ma-ximum 2 minute si se poate reveni in orice etapd. Imagina{i-v[ cdt ar dura acest lucru dac[s-ar face manual!
in multe probleme de geomorfologie este nevoie de harta pantelor. Orice geomorfologcare a fbcut o astfel de harta (manual), chiar pe o suprafa{d mic[, are un singur g6nd: sd numai faci niciodatd ceva asemdn[tor. Dacd acelaqi lucru l-a frcut cu un soft GIS poate slaprecieze rapiditatea cu care face GIS acest lucru (cAteva secunde, in firnc{ie de m[rimeaarealului). Sigur cd se presupune cd avem deja creat modelul digital de elevalie. Acelaqilucru se poate spune qi despre harta expozi,tiei, a clrui timp de execulie e cam tot aftfi. Dacdavem mai multe ptmcte in care se cunoaqte temperatura qi dorim sd ob{inem o hartd de izo-linii, acest lucru se face printr-un procedeu de interpolare (calcul), tot intr-un timp foartescurt. Izoliniile delimiteazl clar doul areale (nu avem valori intermediare), ceea ce nu estetocmai realist. Ar fi mult mai sugestiv sd avem o suprafa,ti format[ numai din puncte, unull6ng5 altul, si sd avem valori definite in fiecare punct (metodele de interpolare permit acestlucru). Similar, curbele de nivel de pe o hart6 topo nu con{in (n-au cumj valorf intermedia-re. Acest lucru sugereazd, faptul cd reprezentarea unei astfel de struchri (care este o supra-fatd) ar febui frcutii altfel. Anticip[m cd o astfel de shucturd conduce la o reprezentareraster.
O altb problemd este integrarea hd4ilor la scdri diferite. S5 presupunem c6 avem o hartdla scara 1:5000 gi un plan la 1:1000 care reprezintd un areal rnult mai detaliat. Dac6 acestedoud structuri au acelaqi sistem de coordonate, putem suprapune harta la scarl mare pesteharta la scard mici, obtinand o altd structuri. in plus, cele doud har{i rdmdn intacte.
/_
Alexandru M. Imbroane
hffle pe disc pentru a oblineanume la prelucrarea pe hb4i.
: acest gen de acfiune reprezin-I sinonim este procesarea (de lainlocuitn cu denumirea de ana-rsdice romdneasci are o altd
A€ra{ii pe acestea, compatibi-riatizate prin comenzi care sem€nzi sunt programe.ilejude|;i dorim s6 oblinem opopulaliei. Nu ne intereseazd
rtii clasificati dupS populalie.rpe h&tie in care sd avem doarrcle nunnerice privitoare la po-Eem o anahzd a fiecfirui jude!*m stabilit. Ceea ce am fdcutryH-r la limitele de jude! impreu-lm fogrm specific putem sbra in GIS am avea o comandfiS aqbnind comanda, suntem: & chsificat num[ru] de cla-ifure (irn cazul nosfu popula-Entr€ se face de reguld in ma-yi cit a dura acest lucru dacl
r sltelor. Orice geomorfologdci, ae rm singur gdnd: sd nufrrrr cu rm soft GIS poate sdu*, in funct'e de mdrimead digital de elevalie. AcelaqiB exeq4ie e cam tot afirt.Dacdrin si obfinem o hartd de izo-dan$, tot inh-un timp foarteilermediare), ceea ce nu estennd numai din puncte, unulde de interpolare permit acest{n*r crm) valori intermedia-b *rucnni (care este o supra-re orr&rce la o reprezentare
ipesrynem ci avem o hartSnuh rnni detaliat. Dacd acesterne hata la scard mare pesteAh@ rtuan intacte.
"tSisteme Informatice Geografice - Volumul I 4l
Deqi putem da multe alte exemple ne vom opri aici, scopul r6ndurilor de fali este doarde a scoate in eviden
42 Alexandru M. Imbroane
aceea apar cu coordonatele (xy). Aceasta poate fi prima imagine in care este redat gradul deabstractizare de la real la puncte, linii qi poligoun" 1rtg. l). Ilrmdtorul nivel de absiractizareface abstraclie de teritoriu (fig. 2)
.- 'll1- -'/ lx.vi
a ilr; iY
.*" {x.yi t*.";.-,--''f"--'' "txrt
:
t' i
'"' .. ,i,"-tu I'
tl- ,/
,x ri ._.. . l
,.v)
At treitea grad n",urf,H\]jr" (punct linie, poligon)
6.2. Sistemul de reprezentare rasterDacd dorim sd reprezent[m relieful, care ar fi calea cea mai buni? Prin curbe de nivel ca siin sistem tradilional? Acest lucru nu aduce nici un fel de avantaj. Dacd am generat
" h;;
de pante, cum ar fi mai bine sA o reprezentdm? Nici punctele, nic"i poligoanele nu sunt satis-fhcdtoare!
DacI avem o hartd oblinutd printr-un proces de interpolare (precipitafii, temperaturd, re-lief) este suficient sd avem contururile de valori precis dilimitut"z N" existd o varialie ie bnn punct la altul? in acest caz o reprezentu." piin puncte cum va ardta? Dar dacr avem oimagine (satelitard sau aeriand) a unui teritoriu, ce reprezent are are? Nu prea seamrnd cu oharti tradi{ionalS! $i nici cu un strat tematic, cel pulinaqa cum l-am conceput mai sus.
Din intrebdrile pe care le-am pus, putem s[ spunem cd sistemul vector nu este satisfbcd-tor in anumite genuri de reprezentdri, astfel cd treburg imaginat un alt sistem care s[ rezolvesituatiile prezentate, dar inh-o manierd acceplabild. in consecint?i, sistemul vector nu trebu-ie sb fie singurul mod de reprezettare a datelor spafiale.
Dacd privim cu atenlie (de preferat cu o lupd) monitorul unui calculator vom vedea cdacesta este alcdtuit din nigte celule (pixeli) ageza{i pe linie qi pe coloand, care formeazdtex-te, pictograme sau grafice. Aceastd imagine se formeaz[ in-mimoria RAM VIDEO (contro-latl de adaptorul grafic), fiecare pixel fiind asociat cu un numlr (in acest caz in cod binar)qi cdruia ii corespunde o culoare pe ecran. De fapt afiqarea color este o problanb
""uu tui
complicati, asa c[ ii vom rezerva un spa]iu separat. deocamdat5, pentru fixarea ideilor siconsiderrm cr avem doar o imagine alb/negru, adicd avem nuanp dL gri.
Aceste grupuri de celule (pixeli) pot fi imaginate ca un taUei biAlmensional reprezenta-bil pe ecran. Entit[lile grafice se identifici prin ansamblul de celule cu aceeasi caiacteristi-cd (culoare sau nuanli de gri). Deoarece harta este compusd din entitd{i grufi"", qi acestsistem se pteteazd in reprezentarea digitalS a lor. Aceasti manieri de reprezentare a gneihd4i se numeste sistem ruster. Pe acest principiu sebazeazdqi procesul de scanare, realiza-rea de fotografii digitale, inregistrarea imaginilor preluate prin teledetec,tie etc.
Fiecare celul5 este asociatb cu o culoare sau nuan
,fl1
-A.lexandru M. Imbroane
:ine in care este redat gradul de'rmtuorul nivel de absftactizare
'j
&r _:,:i:grrrr
ltliel Prin curbe de nivel ca sirnrari" Dacd am generat o hartdnlcl poligoanele nu sunt satis-
e r pro;ipitatii. temperaturS, re-tate "'\u eristl o varialie de lame va ardta? Dar daci avem orre arel \u prea seamdnd cu on l-am conceput mai sus.
dcmul vector nu este satisfrcd-ar un alt sistem care s[ rezolve:inti sistemul vector nu trebu-
unui calculator vom vedea cdpre coloanl care formeazd tex-iemoria RAlvf VIDEO (contro-nrar rin acest caz in cod binar)olor este o problemd ceva mai1;1-nr; pentru fixarea ideilor sdane de gri.rhel bidimensional reprezenta-: celule cu aceea$i caracteristi-n lin enndti grafice, qi acestmniera de reprezentare a uneioi procezul de scanare, realiza-I terdetectie etc.gri. Pentru o harti interactivd3 mLrment utilizatorul sd poatdu ste ca fiecdrei celule si i se
Sisteme Informatice Geografice - Volumul I 43
atribuie un nrrmAr ;i apoi acest numdr sd fie asociat cll o culoare, intr-un mod arbitrar, adicddupd dorinlele utilizatorului.
Acest sistem total diferit nu a fost inventat pentru a inlocui sistemul vector, ci pentru a
rcprezerrta anumite tipuri de hn4i (date spatiale) care se preteazd mai uqor la acest mod.
Putem spune cd reprezentarea raster compleleazd ceea ce sistemul vector nu poate fbce (sau
face intr-o manierd necorespunzdtoare).in fig. 3 am infbliqat o reprezentare a reliefului printr-un raster. Se observd cd fiecare ce-
luld are o valoare care aici reprezintd altitudinea. Aceastd valoare poate sd fie irtreagb sau
reald.
Figura 3
Reprezentarea terenului pe un model digital de elevalie in spaliul hidimensional
in fig. 4 am infr1i;at o structurd tridimensionald a reliefului. Aici se vede destul de clar
cd fiecare celuld are o pozilie in spa{iu care reprezintd altitudinea. Sigur cd pentru o afiqare
de acest gen este nevoie de o aplicalie speciall. Aici am vrut doar sA sugerez modul in care
se poate comporta o suprafa{5 care reprezintd relieful infi-un raster. Menlionez faptul cf,
mai existd qi alte sisteme de reprezentare pentru elevafie.
$i acum sd revenim la intrebdrile puse la inceputul acestui paragraf. Reprezentarea relie-fului este mult mai sugestivl ca s[ fie infbligat5 in format raster. Acum ftecare celuld (pixel)
vaayea o valoare (a cotei punctului respectiv) cu un corespondent de culoare (nuan!6 de
gri) pe ecran. Acest gen de reprezentare sugereaz5 o suprafali continud. Chiar dacd din
punct de vedere matematic (unde noliunea de continuitate are o definitie foarte clard qi se
bazeazd pe un proces de trecere la limitd, adicd infinit) nu este corec! in literatura GIS se
accepl| cb rasterul reprezintd suprafe{e continue in cazul in care valorile celulelor sunt rea-
le.
Figura 4O ilustrare a unui model digital de eleva\ie intr-o structurd raster tridimensionald
(dupd Liu, Masson, 2009)
w
l" ",".,
44 Alexandru M. Imbroane
SI trecem la urmitoarea chestiune. Panta se calculeazd, pe baza a doub puncte de altifu-dine cunoscutd (deocamdatd acceptdm aceastd sifualie) qi se evalueazd,Iarrgentagnghiuluideterminat de distan{a dintre puncte qi diferenla de cote ale acelor puncte. Rezultatul este ovaloare numericd care se atribuie unui mic areal (care formeazd hiunghiul). Acesta poate fimare (qi atunci harta de pante e destul de aproximativd) sau mic, praciic reduc6ndu-se la unpixel. $i atunci vom ob,tine o hartd a pantelor extrem de detaliatd. Putem concluziona cd oreptezentare raster este ceg mgi potriviti pentru o hartd de pante. Aceeasi problemd se pgneqi se rezolv[ (sigur dupd alte formule) qi in cazul orientdrii versanlilor (aspectului).
4"* s5 ne imagindm cS,reprezentarea temperaturilo. run u-pr""ipitaliilor ia nivel depixel este cea mai bunb reprezentare. Nu discutdm aici cum se obiine o u.tf"t de sbgcturl,ci doar cd fiecare pixel este asociat cu o valoare a temperaturii sau a precipitatiilor. La fel sepoate imagina o hartii a precipitaliilor, sau a poludrii aerului.
Din cele prezentale putem sI tragem concluzia cd o reprezentare raster este mai potrivitdpentru astfel de fenomene.
Sistemul raster are un mare avattaj: algorihnii pe rastere sunt foarte uqor de implemen-tat. Adicd operaliile de mai sus (qi multe altele) pot fi regdsite sub form6 de comenzi in ma-joritatea softurilor GIS.
$igur cd qi sistemul raster are anumite neajunsuri. Primul este volumul de date. Despreacest lucru vom discuta mai pe targJn cap. 4. Apoi, reprezentarea punctelor si a liniiloinueste potriviti pentru sistemul raster. in anumite plo""r" d" modelare conversia din vector inraster a tuturor structurilor (puncte, linii, poligoane) este absolut necesard. Yizualizarea lorinsd poate fi uneori imposibil de frcut.
Din prurct de vedere al orgarizdrli datelor spaliale o struchrd raster este privitd ca unstrat tematic.
o structurd vectoriald si una raster ,rilYfrf)r, reritoriu, comparativ cu lumea reald(dupd Hansen, Grondal, 2006)
6.3. compara(ie intre sistemul de reprezentare vectorial si cel raster$i acum sd facem o comparalie intre cele doud sisteme. Cuvantul compara{ie nu este tocmaipokivit deoarece din punct de vedere structural ele sunt incomparabile. de poate comparadoar modul de reprezentare a suprafe{ei terestre. Adici cdt de bine reprezintiu""u ,,rp*fu-!d, ce informafii aduce fiecare, ce prelucrdri se pot face pe ele si ce informalii se pot obtine