Моделирование классов объектов

Ниже приводится несколько полезных советов по моделированию классов пространственных объектов базы геоданных:

Задача 1: Разработка простых классов объектов.

Почти без исключения каждая база геоданных будет содержать классы пространственных объектов. Вам может понадобиться спроектировать простую базу геоданных, в которой будет содержаться лишь несколько классов пространственных объектов. Однако большинству пользователей потребуется разработать более полную модель данных, в которую будут добавлены расширенные элементы базы геоданных. Вы принимаете решение о расширении вашей модели базы геоданных с простым набором классов пространственных объектов на основании требований к вашей системе и задач, которые вам нужно решить; вы преобразуете вашу модель, чтобы поддержать ГИС-функциональность и поведение. В данном разделе представлены многие из этих функциональных возможностей классов пространственных объектов и даны указания на разделы справочной системы, которые содержат более подробную информацию по каждой из опций.

Начните с определения общих свойств простых классов пространственных объектов. Вы сможете расширить вашу модель при необходимости, но прежде вы должны определить базовую модель

Класс пространственных объектов представляет собой набор географических объектов одного типа геометрии (точка, линия или полигон), имеющих общий набор атрибутивных столбцов и одну и ту же систему координат.

Примеры классов пространственных объектов в ArcGIS

Класс пространственных объектов	Представление	Примечания
Центральные линии улиц	Линии	Сегменты улиц разбиваются на каждом пересечении; как правило, содержат адреса и сетевые свойства
Скважины	Точки
Типы почв	Полигоны	Обычно имеется большое количество описательной атрибутивной информации в связанных таблицах
Земельные участки^*	Полигоны	Топологически объединены с границами земельных участков и углами
Границы земельных участков^*	Линии	Имеет координатную геометрию и атрибуты измерения; участвует в топологии вместе с земельными участками и углами
Углы земельных участков^*	Точки	Отснятые геодезической съемкой вершины полигонов земельных участков; класс объектов участвует в топологии вместе с классом объектов земельных участков и классом объектов границ
Аннотации земельных участков	Аннотации	Обеспечивает отображение текстовых надписей измерений земельного участка, налога и юридической информации
Контуры построек	Полигоны	Содержит контуры зданий и прочих строений

Примеры классов пространственных объектов, используемых в ArcGIS

* Набор данных участков предоставляет поведение земельных участков и специализированную топологию земельных участков для этих классов пространственных объектов.

Как только вы составите предварительный список классов пространственных объектов, попытайтесь определить следующее:

• Выберите тип геометрии (также называют типом класса объектов) такой как точка, линия, полигон или аннотация. Вам будет нужно использовать один общий тип геометрии для всех пространственных объектов в каждом классе объектов. См. раздел Классы пространственных объектов. Основные понятия.
• Определите атрибутивные поля и типы столбцов. См. раздел Типы данных полей базы геоданных.
• Определите свойства геометрии. Будете ли вы использовать z-координаты? M-координаты? Какой тип координатной точности? Какие типы сегментов линий будут использоваться для линейных и полигональных классов объектов? Чаще всего пользователям нужны только стандартные типы линий, которые используют сегменты, состоящие из прямых линий. Однако иногда вам может понадобиться использовать кривые сегменты, например, для представления тупиков и дорог. См. раздел Классы пространственных объектов. Основные понятия.
• Определите систему координат для каждого класса пространственных объектов. См. раздел Общий обзор картографических проекций.
• Будет ли вам нужно использовать этот набор данных в нескольких масштабах? Как будут изменяться представления объектов в каждом из масштабов карты? Может оказаться, что вам будет нужно иметь несколько разных представлений классов пространственных объектов для использования в разных диапазонах масштаба. В таких случаях вы можете рассмотреть возможность создания дополнительных классов объектов для представления одной и той же темы данных в каждом диапазоне масштаба.

Иногда бывает надо загрузить в вашу ГИС данные как есть. Если это так, то вы можете не выполнять никаких из описанных ниже дополнительных действий по моделированию. Однако очень важно оценить преимущества добавления расширенной ГИС-функциональности в работе с пространственными данными в вашей базе геоданных. В долгосрочной перспективе эти расширенные возможности могут обеспечить более удобную и эффективную работу с данными, а также упростить процесс их обслуживания. Эти возможности помогут вам обеспечить целостность ваших пространственных данных; они помогут вам в использовании ваших данных; и, что особенно важно, помогут вам понять, какую точность и достоверность в ваших данных вы сможете обеспечить для удовлетворения ваших нужд.

Ниже приводится несколько причин, по которым вам будет нужно рассмотреть возможность расширения простой модели пространственных данных:

• Если вам нужно произвести проверку набора данных до его импорта и использования в вашей системе (например, чтобы убедиться в том, что набор данных соответствует наборам правил пространственной целостности)
• Если вам будет нужно редактировать данные и поддерживать их пространственную целостность
• Если вы хотите использовать класс пространственных объектов для расширенной работы с ГИС, например, для моделирования или выполнения анализа

Задача 2: Группировка связанных классов пространственных объектов в наборы классов объектов.

Используйте наборы классов объектов для объединения в группы пространственно связанных классов объектов в общий набор классов объектов. Использование наборов классов объектов необходимо, если вам нужно

• Добавить топологию.
• Добавить набор данных кадастровых участков.
• Добавить набор сетевых данных (для работы необходим дополнительный модуль ArcGIS Network Analyst).
• Добавить геометрические сети.
• Добавить набор данных Terrain (для работы необходим дополнительный модуль ArcGIS 3D Analyst).

Набор классов объектов представляет собой набор пространственно или тематически связанных классов пространственных объектов, которые имеют общую систему координат. Наборы классов объектов используются для хранения классов пространственных объектов, которые участвуют в общей для них топологии, состоят в одном наборе сетевых данных, геометрической сети или наборе данных terrain.

Иногда бывает необходимо организовать набор классов пространственных объектов общей темы в один набор классов объектов. Например, у пользователей может быть набор классов объектов Water, который будет содержать классы пространственных объектов Hydro Points (например, плотины, мосты и водозаборы), Hydro Lines (ручьи, каналы и реки) и Hydro Polygons (озера, бассейны рек, водосборы и пр.).

В некоторых случаях можно использовать наборы классов объектов в виде папок для хранения набора простых классов объектов. Такой подход используется главным образом для организации того, как пользователи будут совместно использовать наборы данных. Однако при выполнении редактирования это не является самой удобной структурой модели данных.

Вам будет нужно выполнить шаги 3 и 4, чтобы определить в конечном варианте модели, какие классы пространственных объектов будут включены в каждый из наборов классов объектов.

Наборы классов объектов играют ключевую роль при выдаче прав доступа для выполнения редактирования. У всех классов пространственных объектов в наборе классов объектов будут одни и те же права доступа. Это означает, что пользователи могут устанавливать права доступа к набору классов объектов для определения того, какая организация или группа будет обслуживать его содержимое. Если для каждого класса пространственных объектов вам нужно установить различные права доступа, то эти классы пространственных объектов должны быть помещены в различные наборы классов объектов (или классы объектов), каждый из которых будет иметь свои собственные настройки прав доступа. В этих случаях для переноса обновлений в данных между наборами данных вы можете использовать процедуры извлечения, трансформации, загрузки (ETL) или операции Импорт/Экспорт.

Когда вам следует использовать наборы классов объектов

Используйте наборы классов объектов для пространственного или тематического объединения связанных классов пространственных объектов. Их основное назначение заключается в обеспечении возможности построения топологии, набора сетевых данных, набора данных terrain или геометрической сети.

Вы должны использовать наборы классов объектов для организации классов пространственных объектов по участию в любой из следующих возможностей базы геоданных:

• Топология (Topology)
• Сетевой набор данных (Network dataset)
• Набор данных terrain
• Геометрическая сеть (Geometric network)
• Набор кадастровых данных (Cadastral fabric)

Задача 3: Добавление элементов базы геоданных для повышения эффективности редактирования данных, а также для управления целостностью данных.

База геоданных включает в себя некоторые необязательные опции моделирования данных, которые обеспечивают правила целостности, а также правила редактирования в вашей ГИС. Эти расширенные опции помогут вам автоматизировать большую часть работ по управлению данными и операций проверки корректности данных.

• Хотите ли вы управлять целостностью атрибутивных значений? Используйте домены, то есть правила присвоения корректных данных в атрибутивном поле.

  

• Собираетесь ли вы использовать подтипы для управления объектами класса? Подтипы позволяют вам установить специальные модели поведения для каждого подкласса. Они могут быть использованы для установки стандартных правил для управления поднаборами классов объектов. Например, вы можете использовать подтипы для автоматического назначения стандартных атрибутивных значений для создаваемых в процессе редактирования объектов, для установки правил пространственной целостности, которые будут управлять тем, как новые объекты будут соединяться с другими объектами, а также для добавления прочих правил поведения объектов.

  

• Определите, имеются ли связанные таблицы и нужны ли вам для работы классы отношений. Классы отношений позволяют вам работать с объектами в одной таблице, выбирая объекты в связанных таблицах, что является одной из основных функциональных возможностей баз данных.

  

• Определите, имеются ли пространственные отношения между объектами в этом классе пространственных объектов или в других классах пространственных объектов, которые нужно моделировать. Например, есть ли у вас земельные участки, которые имеют общие границы? Разделяют ли они геометрию с объектами другого класса пространственных объектов границ земельных участков или класса пространственных объектов углов земельных участков? Хотите ли вы быть уверенными в том, что сегменты дорог соединяются между собой или что линии электросетей соединяются в точках соединений и переключателях? Имеются ли у вас данные границ округа, которые совпадают с границами штатов и не должны накладываться друг на друга? Имеются ли у вас классы объектов типов растительности, которые разделяют границы с другими слоями данных об окружающей среде, например, со слоями уклонов (slope), экспозиции (aspect) и слоями полигонов типов почв? В этих случаях вам следует использовать топологию, которая будет очень нужна.

  Классы пространственных объектов, которые участвуют в любой топологии, должны быть сгруппированы в один набор классов объектов. См. раздел Топологии для получения дополнительной информации об использовании топологии для проверки пространственных отношений между классами объектов в процессе редактирования и обновления.

  

Задача 4: Добавление возможностей расширенного использования данных, создания аналитических моделей (например, выполнение сетевого анализа или геокодирования), а также расширенные опции картографии.

Вы можете рассмотреть возможность добавления дополнительных возможностей базы геоданных в каждый из наборов классов объектов, которые помогут вам более эффективно использовать каждый набор данных. Для вас доступно множество различных опций, и вы можете использовать любую из них для расширения функциональности вашей базы геоданных.

• Хотите ли вы моделировать и использовать топологические отношения для перемещения по вершинам, ребрам и граням топологии? Сможет ли разделение геометрии объектов помочь вам моделировать пространственные объекты более полно? Например, как правило, полигональные и линейные границы многих слоев данных о поверхности земли, например, классов пространственных объектов растительности, уклонов, экспозиции, типов почв, геологии, водных объектов, водосборных бассейнов, экологических зон и прочих слоев данных об окружающей среде, имеют общие границы. Интеграция их общих границ с помощью топологии позволит вам создать более полные и единообразные комбинации наборов атрибутов. Это может оказать существенное влияние на годность/функциональность моделей, а также на способность получения реального представления об имеющейся проблеме. Топологии могут также помочь вам в интеграции объектов в системе земельных участков, данных переписи населения, административных границ и многих других наборов данных. ГИС-пользователи иногда называют использование топологии вертикальной интеграцией слоев данных ГИС.
• Хотите ли вы создать модель транспортной сети? База геоданных моделирует такие ситуации с помощью набора сетевых данных. Набор сетевых данных представляет собой набор ребер, поворотов и соединений, с помощью которых вы можете моделировать систему навигации, грузовые потоки и имеющиеся ресурсы. Каждая сеть имеет набор параметров навигации. Это включает в себя такие параметры, как "стоимость" перемещения вдоль каждого ребра и перемещения к другому ребру, а также возможность моделирования одностороннего движения, левых поворотов и других ограничений передвижения и мультимодальных сетей (сетей, объединяющих операции передвижения средствами автомобиля, автобуса и пешие проходы).

  Набор сетевых данных использует классы пространственных объектов в виде источников данных для объектов ребер (edge), соединений (junction) и поворотов (turn). Вы можете определить роль каждого класса пространственных объектов, которую он будет играть в этой сети, а также его навигационные свойства. Классы пространственных объектов, которые участвуют в одной сети, должны быть помещены в один набор классов объектов.

  

• Хотите ли вы создать модель инженерной сети? Электрические и водопроводные системы, системы ливневой канализации моделируются с помощью геометрической сети в базе геоданных. Геометрическая сеть представляет собой набор связанных объектов ребер и соединений, используемых для моделирования направлений потоков передачи электроэнергии по сети, воды в трубах, газа по трубам, а также направления ливневого стока. Каждый класс пространственных объектов играет свою роль в геометрической сети как набор ребер и соединений. Связность сети определяется по свойствам объектов и совпадению геометрии объектов. Например, клапаны трубопроводов (которые хранятся как точечный класс пространственных объектов) связаны с конечными точками сегментов трубопроводов (которые хранятся как линейные объекты). Если клапан открыт, то вода сможет течь по трубе в указанном направлении.

  

• Хотите ли вы использовать геокодирование? Для адресного геокодирования добавьте в вашу базу геоданных локатор адресов. Локатор представляет собой набор из одного или нескольких классов пространственных объектов, содержащих объекты, которым может быть присвоен адрес (например, информация о диапазоне адресов для центральных линий улиц), а также набор стилей адресов и правила установки соответствий. Каждый набор данных локатора используется в качестве источника для определения соответствия отдельного адреса или большого количества адресов, чтобы найти местоположение адреса.

  

  Вы можете создавать локаторы и сохранять их копии отдельно от базы геоданных. Это позволит вам предоставить возможность использования ваших локаторов многим пользователям, осуществляющим собственную работу по геокодированию.
• Планируете ли вы использовать в работе системы линейных координат для размещения событий или объектов вдоль транспортных линий? Вершины линейных объектов могут также содержать m-значения. Некоторые ГИС-приложения используют систему линейных измерений для интерполяции расстояния вдоль линейных объектов, например, вдоль дорог, линий потоков и трубопроводов. Вы можете присвоить m-значение каждой вершине объекта. Наиболее общим примером будет система расстановки значений мильных столбов вдоль автодорог, которая используется транспортными департаментами для записи данных о состоянии покрытия, ограничений по скорости перемещения, местоположений точек регистрации несчастных случаев и прочих событий вдоль автомагистралей. В этом случае используются две наиболее стандартные единицы измерения: расстояние от мильного столба до установленного местоположения, например, до линии границы округа, и расстояние от контрольной отметки.

  

  Вершины для измерений могут быть или вида (x,y,m), или (x,y,z,m). Поддержка таких типов данных часто называется системой линейных координат. Процесс нахождения координат событий в этих системах измерений также называют динамической сегментацией. Координаты линейных измерений формируют блоки для построения этих систем. В реализации линейной привязки в ArcGIS, термин "маршрут" ссылается на любой линейный объект, например городскую улицу, шоссе, реку, или трубу, имеющие уникальный идентификатор и общую систему измерения вдоль каждого линейного объекта. Совокупность маршрутов с общей системой измерения может быть построена на основе линейного класса пространственных объектов как показано ниже:

  

• Хотите ли вы моделировать поверхность рельефа с помощью нерегулярных триангуляционных сетей? Или вам нужно управлять данными лазерной радиолокации или набором точечных данных батиметрической съемки? В базе геоданных есть набор данных terrain, позволяющий моделировать поверхности с использованием триангуляционных сетей и управлять большими наборами точечных объектов, такими как данные лазерной съемки и батиметрические данные. Наборы данных terrain используются для управления большими наборами 3D-точек (например, миллиардом точек лазерной съемки), для управления другими 3D-объектами, а также для создания на основании этих данных нерегулярных триангуляционных сетей (TIN) с разным разрешением (точностью).

  

• Хотите ли вы управлять земельными участками или кадастровой базой данных? Набор данных участков содержит смежные земельные участки. В наборе кадастровых данных земельные участки представляются объектами линий земельных участков, объектами точек земельных участков и объектами полигонов земельных участков. Наборы данных участков создаются и управляются средствами дополнительного модуля ArcGIS Survey Analyst.

  

• Хотите ли вы включить в ваши классы пространственных объектов картографические представления и правила? Картографические представления могут быть добавлены к классу объектов для управления правилами отображения или для использования альтернативных графических представлений для отображения объектов на карте. В ГИС большинство пользователей автоматизируют процесс картографирования, определяя набор картографических слоев. Картографический слой представляет собой набор правил, который определяет, какие условные знаки нужно использовать и как производить надписывание объектов на каждой карте. Иногда слои не удовлетворяют требованиям по отображению информации полностью. Например, на вашей карте могут быть отображены центральные линии улиц, которые соединяются на пересечениях. Но если вы захотите показать мосты, эстакады, тоннели и так далее, то вы уже не сможете так легко отобразить их на вашей карте.

  Картографическое представление позволяет пользователям использовать специальные правила, которые имеют приоритет над стандартными правилами отображения объектов на карте, а также специальные графические элементы, которые позволят обеспечить корректную и читаемую визуализацию объектов на карте. Например, при отображении карты условные знаки линий дорог преувеличивают реальный размер дорог на местности и тем самым могут вызывать конфликты при их совместном отображении с другими объектами карты, например, с водотоками и строениями. При использовании картографических представлений вы можете сдвинуть некоторые условные знаки объектов, чтобы устранить конфликты, не изменяя при этом лежащих в основе данных о географическом местоположении объектов. Вы можете переместить представления дороги, чтобы они не накладывались на реки, или сдвинуть представления строений с условных знаков дорог.

  

  Геометрия пространственных объектов, представляющая тропинки

  

  Использование слоев для представления троп пунктирными линиями

  

  Использование правил, чтобы для связности каждая тропинка начиналась с половинки пунктира

  

  Использование опорных точек, чтобы пунктиры помещались на кривых больше указанного угла